研究揭示: 氯化铯种子层可提升钙钛矿-硅叠层太阳能电池质量

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德国亥姆霍兹柏林中心(HZB)团队利用BESSY II同步辐射装置，对蒸镀法制备的钙钛矿-硅叠层太阳能电池开展纳米尺度分析，并提出一种改善钙钛矿薄膜质量的新方法。研究显示，在两种子电池之间引入一层薄的氯化铯(CsCl)种子层，可促进钙钛矿层均匀生长，同时减少界面处不希望出现的碘化铅沉积。

该研究表明，氯化铯晶种层改善了蒸镀钙钛矿层的生长，并减少了碘化铅的形成。扫描电子显微镜图像显示，在没有晶种层的情况下生长的钙钛矿层(左图)由极细小的晶粒构成且缺陷较多;而在氯化铯晶种层上生长的钙钛矿层(右图)则呈现出更大的晶粒，且缺陷显著减少。HZB

钙钛矿-硅叠层太阳能电池的转换效率通常高于单一硅太阳能电池。其中，将钙钛矿前驱体分子共蒸镀到硅子电池上，是一种具有工业吸引力的制备路线。研究团队指出，这类单片式叠层电池通常需要在硅表面形成自组装单分子层(SAM)作为空穴传输层，但SAM层和钙钛矿层都必须尽可能均匀地覆盖硅表面。由于SAM并非完美单分子层，而硅表面又常带有用于增强光捕获的纳米纹理结构，均匀成膜并不容易。

在BESSY II上，研究人员借助红外近场扫描探针显微技术(IR-s-SNOM)，识别出SAM层内部厚度不同的区域，包括单层、多层以及SAM分子聚集区域。进一步分析表明，在平面硅基底和具有工业相关性的纹理硅基底上，SAM分子会在纹理谷底处聚集，导致薄膜厚度不均。

随后，团队利用BESSY II的X射线光电子发射显微技术(XPEEM)，观察共蒸镀钙钛矿在不同SAM覆盖区域上的生长情况。结果显示，钙钛矿层无法弥补下方SAM层的不均匀性，并且会在与硅相接的界面处形成不希望出现的碘化铅。

为解决这一问题，研究人员在界面处引入氯化铯层，使其发挥种子层作用。研究第一作者Viktor Škorjanc博士表示，该种子层能够让钙钛矿薄膜在纹理硅表面更均匀地生长，并避免因空穴传输层覆盖不均而形成界面缺陷。扫描电子显微镜观察也显示，没有种子层时，钙钛矿薄膜晶粒较小且缺陷较多;加入氯化铯种子层后，薄膜缺陷明显减少，晶粒尺寸增大。

研究结果显示，采用该方法后，钙钛矿-硅叠层太阳能电池效率达到30.3%。HZB蒸镀钙钛矿太阳能电池团队负责人Marcel Roß博士表示，这一无溶剂真空工艺还有望改善叠层电池稳定性，对推动实验室高效率成果走向可靠、可工业化生产的叠层太阳能技术具有重要意义。

关键词 太阳能电池 太阳能技术