钙钛矿太阳能电池因低成本、高效率成为光伏热点，但有机界面层光热稳定性差，成为其产业化的最大阻碍。近日，武汉大学王植平教授团队在《Science》发文，利用氧化铪（HfOx）中间层，彻底解决了这一难题，器件效率达27.1%（认证26.6%），85℃光照下运行5000小时仍保持90%以上效率，寿命提升25倍。
高效钙钛矿电池依赖空穴和电子传输界面的有机分子层（SAM），但其在高温、光照下易脱落，还会导致碘离子、银离子迁移，造成器件快速衰减，无法满足商业化寿命要求。武大团队提出解决方案：用原子层沉积（ALD）技术制备HfOx中间层，像“原子级胶水”一样固定有机分子、阻挡离子迁移。
p-HfOx、n-HfOx的表征及器件性能。来源：武汉大学物理科学与技术学院
实验通过精准步骤和专业仪器，实现界面原子级调控，具体流程如下：
• 基底处理
将FTO导电玻璃基底，经超声清洗仪依次清洗、氮气吹干后，放入紫外臭氧清洗机处理，确保基底洁净有活性，为后续薄膜生长奠定基础。
• 空穴侧界面修饰
用高精度旋涂仪制备NiOx空穴传输层，再通过MNT Micro and Nanotech原子层沉积系统，沉积超薄n型HfOx中间层并退火。该层富含羟基，可与SAM膦酸基团形成三齿配位，大幅提升SAM的热稳定性。
• 钙钛矿层制备
用高精度旋涂仪制备钙钛矿吸光层并退火，再用3-氟苯乙基碘化铵（3F-PEAI）进行表面钝化，消除薄膜缺陷。
• 电子侧界面修饰
再次利用ALD设备，沉积未退火的p型HfOx中间层，通过Hf···F相互作用锚定3F-PEAI，同时阻挡碘离子、银离子迁移，避免器件衰减。
• 电极制备
用热蒸发镀膜机，在高真空环境下蒸镀C60电子传输层和银电极，完成p-i-n型钙钛矿太阳能电池制备。
团队用AM1.5G标准太阳模拟器测试，器件最优功率转换效率达27.1%（认证26.6%）；将器件置于恒温光照老化平台，在85℃、1个太阳等效光照下运行5000小时，仍保持初始效率90%以上，寿命是对照器件的25倍。
为验证界面作用机制，团队采用多种高精度仪器表征：X射线光电子能谱仪（XPS）验证Hf与F的强相互作用；飞行时间二次离子质谱仪（TOF-SIMS）观察到HfOx层对离子迁移的阻挡作用；原子力显微镜（AFM）确认薄膜表面平整无缺陷。
该研究的核心价值的在于，既解决了钙钛矿电池的稳定性难题，所用ALD技术又与现有半导体产线兼容，为其产业化铺平了道路。随着此类技术突破，钙钛矿太阳能电池有望更快走进日常生活，提供更经济耐用的清洁能源。
相关论文信息DOI:10.1126/science.aea3339
