新型钙钛矿太阳能电池因其高效率、低成本的优势成为下一代光伏技术研究的重点方向。常规的钙钛矿太阳能电池器件主要基于“透明导电电极/电子传输层/钙钛矿/空穴传输层/金属电极（n-i-p）”或“透明导电电极/空穴传输层/钙钛矿/电子传输层/金属电极（p-i-n）”的结构；然而，电子和空穴传输层的构筑通常需要复杂且高成本的合成与制备工艺，并可能会对最终器件的持续稳定输出产生不利影响。因此，放弃器件中的电子和空穴传输层，发展高效的基于“电极/钙钛矿/电极”结构的无传输层钙钛矿太阳能电池将是未来低成本、易加工新型光伏技术的有效技术路线之一。

鉴于此，中心朱瑞研究员与龚旗煌院士课题组基于创新设计的全溶液制备工艺构筑了超厚甲脒铅碘（FAPbI₃）/甲胺铅碘（MAPbI₃）钙钛矿异质双层结构，实现了高效率无传输层钙钛矿太阳能电池的研发（图1a）。团队采用室温动态旋涂方法将MAPbI₃前驱体墨水在基于反溶剂制备的FAPbI₃薄膜上快速成膜，此过程避免了对下层FAPbI₃薄膜有害的再溶解情况，同时可通过控制动态旋涂次数自由调节上层MAPbI₃薄膜的厚度。精细调控钙钛矿层厚度、掺杂浓度等条件后，获得了全新的钙钛矿异质双层结构（图1b）。基于“透明导电电极/钙钛矿异质双层/金电极”器件结构，进一步优化透明电极功函等参数后，最终制备出光电转换效率超过16.5%的无传输层钙钛矿太阳能电池（该类器件纪录值）。该工作为设计和优化钙钛矿多层薄膜结构提供了方法参考，为构筑无传输层超厚钙钛矿光电器件提供了技术支持。

图1 (a)基于钙钛矿异质双层结构的无传输层钙钛矿太阳能电池器件制备流程图；(b)钙钛矿异质双层结构的截面电子扫描显微镜图片和无传输层钙钛矿太阳能电池效率进展图

2022年5月13日，相关研究成果以“钙钛矿异质双层实现高效无传输层太阳能电池（Perovskite hetero-bilayer for efficient charge-transport-layer-free solar cells）”为题，在线发表于《焦耳》（Joule）。北京大学2017级博士研究生杨晓宇、2020级博士研究生李秋阳为共同第一作者，朱瑞研究员为通讯作者。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.joule.2022.04.012