近日，我组刘生忠研究员、王开副研究员和湖北大学万丽副教授以及重庆科技大学赵帅博士合作，利用钐离子掺杂氧化镍作为空穴传输层，制备出高效率反式结构钙钛矿太阳能电池模组。

钙钛矿太阳能电池经历了突飞猛进的发展，成为新能源领域一颗冉冉升起的新星。空穴传输层作为电池结构重要组成部分，其材料的选择直接影响电池的性能。氧化镍(NiOx)拥有与钙钛矿活性层能级匹配、稳定性高和成本低廉等优点，成为目前钙钛矿太阳能电池中最常用的无机空穴传输材料。然而，它面临着需要高温制备和电导率低等缺点，限制了其在柔性和大面积器件中的应用。

针对以上问题，本团队通过化学沉淀法合成了钐离子（Sm³⁺）掺杂的氧化镍（Sm:NiOx）纳米粒子，并将它们作为空穴传输层应用在反式结构钙钛矿电池中。测试表明，Sm³⁺掺杂可以降低Ni空位的形成能，增加Ni空位的密度，从而提高薄膜中的空穴浓度。因此，与纯NiOx薄膜相比，Sm:NiOx薄膜的电导率更高，功函数更大，更有利于提取空穴和抑制电荷复合。因此，基于Sm:NiOx的反式结构钙钛矿电池实现了高达20.7%的高能量转换效率。即使应用于柔性太阳能电池中，其能量转换效率仍然高达17.95%。更重要的是，Sm:NiOx 与大规模加工兼容，其中1.0 cm²和 40 × 40 mm²的大面积反式结构钙钛矿电池分别达到18.51%和15.27%的高效率。该研究在揭示深度掺杂效应的同时，也表明Sm:NiOx可以成为未来制造高效、大面积和柔性钙钛矿电池的高质量空穴传输材料。

相关工作由包华喜和杜敏永为共同第一作者发表在Advanced Functional Materials上。本工作得到了中国科学院战略先导A类研究项目、国家自然科学基金、辽宁省博士创业基金、大连化学物理研究所创新基金项目、中国科学院洁净能源创新研究院合作基金、国家重点研究项目、111项目、知识创新工程项目等项目的资助。（文/图 王开、段连杰）

全文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202102452