钙钛矿太阳电池历经10年发展达到了25.7%的认证效率，已媲美于商业化晶硅电池，但大组件效率与小尺寸电池依然有差距。近期，瑞士洛桑联邦理工大学、华北电力大学与等十余家单位组成的研究团队，设计菱形单晶TiO2电荷传输层和抽气法制备大面积钙钛矿薄膜，论文《基于单晶TiO2纳米颗粒的高效稳定钙钛矿太阳电池组件》(Single-crystalline TiO2 nanoparticles for stable and efficient perovskite modules)于2022年4月22日在《自然纳米技术》(Nature Nanotechnology)上在线发表。
大面积钙钛矿太阳电池组件的效率差距，源于电荷传输层与钙钛矿界面以及大面积钙钛矿薄膜内部缺陷导致的光电损耗。研究团队利用菱形单晶TiO2纳米颗粒制备电荷传输层，并采用自主发展的真空抽气法制备高品质钙钛矿薄膜，消除了大面积薄膜中难以避免的针孔/裂纹缺陷，并借助TiO2纳米菱与钙钛矿薄膜界面的晶格高匹配度及高亲和力，有效降低了界面光电损耗，进而提高了小面积电池的效率（24.05%）和填充因子（84.7%）。据此，制备出有效面积24 cm2的大面积组件，认证效率达到22.72%，显著缩小了大组件与小电池的效率差距。
上述研究显示，设计电子传输层菱形单晶结构和发展钙钛矿层抽气制备方法，为提高大面积组件效率、推动钙钛矿光伏产业化发展提供了新的技术路线。
该工作由十多个研究小组通力合作完成，材料学院青年教师杨冠军教授和博士生刘研同学参与完成该项工作，、华北电力大学和瑞士洛桑联邦理工大学为共同通讯单位。该研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目的资助。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41565-022-01108-1
