作者：MaterialsViews

2012年，Nam-GyuPark課題組首次報道了全固態(tài)鈣鈦礦太陽能電池，并取得了9%的光電轉(zhuǎn)換效率和長達500小時的空氣穩(wěn)定性。由于鈣鈦礦材料具有較高的光吸收系數(shù)，在短短的6年中，鈣鈦礦太陽能電池效率取得了突飛猛進的增長。截至目前，已獲得了23.7%的認證效率。

在倒置p-i-n鈣鈦礦電池中，通常采用寬帶隙和熱穩(wěn)定性良好的NiO作為空穴傳輸層。由于NiO具有較差的導(dǎo)電性和較低的遷移率，人們通常采用離子摻雜的方法來改善NiO的電學(xué)性能。除此之外，調(diào)節(jié)退火過程中的氧含量是另一種改善NiO電學(xué)性能的簡便方法。氧含量的改變可以使NiO中的鎳/氧比發(fā)生變化，一個Ni2+空位可以產(chǎn)生兩個Ni3+離子，而Ni3+離子的形成則決定了NiO的p型特性。因此，研究NiO退火過程中的氧含量對于提高倒置鈣鈦礦太陽能電池效率具有重要的意義。

近日，Nam-GyuPark課題組在SolarRRL上報道了退火氛圍及氧分壓對氧化鎳空穴傳輸層的影響以實現(xiàn)高效倒置p-i-n鈣鈦礦電池。用溶膠-凝膠法旋涂制備的NiO薄膜分別在O2，air，N2和Ar四種氛圍中退火，并以此為空穴傳輸層制備鈣鈦礦電池。

與N2和Ar中退火的NiO薄膜相比，氧過量條件下（air和O2）得到的NiO薄膜具有更好的導(dǎo)電性和更高的遷移率，使得鈣鈦礦電池獲得了更高的光電流和光電轉(zhuǎn)換效率。這表明了氧氣過量條件對于NiO形成p型特性具有至關(guān)重要的作用。與此同時，研究還發(fā)現(xiàn)用空氣退火的NiO薄膜制備的電池效率比O2退火條件下的電池效率要高（air-15.68%，O2-14.93%）。通過熒光測試分析發(fā)現(xiàn)，純O2退火條件下制備的NiO薄膜的空穴萃取能力較差，導(dǎo)致光生載流子不能被充分收集。這表明了氧分壓的重要性，不僅決定了NiO空穴選擇層中的載流子傳輸效率，還影響了鈣鈦礦和NiO界面的空穴收集效率。通過仔細調(diào)控NiO退火氧分壓，當氧含量接近30%（O2/（O2+N2））時，鈣鈦礦電池實現(xiàn)最優(yōu)性能（PCE=16.32%）。這項研究為提高倒置NiO鈣鈦礦電池效率提供了科學(xué)依據(jù)。

鈣鈦礦型太陽能電池，是利用鈣鈦礦型的有機金屬鹵化物半導(dǎo)體作為吸光材料的太陽能電池，屬于第三代太陽能電池，也稱作新概念太陽能電池。有機無機雜化鈣鈦礦太陽能電池自從2009年被發(fā)現(xiàn)以來，一路高歌猛進效率突飛猛進效率一度達到22.1%，其發(fā)展之迅猛可謂前所未見。目前，鈣鈦礦型太陽能電池(PSCs)的商業(yè)化仍然要求電池擁有高效率和良好的長期環(huán)境穩(wěn)定性。