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超强激光科学卓越创新简报

(第六百七十八期)

2025年7月3日

上海光机所在钙钛矿太阳能电池顶电极制备技术研究中取得新进展

近期，中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光元件技术与工程部薄膜光学研发中心郑毅帆副研究员与上海大学机自学院魏斌、微电子学院施薇副研究员联合团队在钙钛矿太阳能电池（Perovskite Solar Cells: PSCs）顶电极制备技术研究领域取得重要进展。相关研究成果以“From lab to fab: solution-processed top electrodes for commercializing perovskite solar cells”为题发表于Journal of Materials Chemistry A。

PSCs因其高效率和低成本潜力，在光伏产业中展现出巨大应用前景，被视为下一代光伏技术的有力竞争者。然而，要实现 PSCs 的大规模商业化应用，仍需解决包括顶电极优化在内的诸多关键挑战。传统真空蒸发法制备顶电极虽能获得高质量电极，但存在设备成本高、工艺复杂、材料选择受限以及高温操作可能影响钙钛矿层稳定性等问题。相比之下，溶液加工技术具有操作简便、成本低、可大面积制备、适用于多种基底以及与柔性基底兼容等显著优势，为 PSCs 顶电极制备提供了极具潜力的替代方案。

本项研究深入探讨了溶液加工技术在 PSCs 顶电极制备中的应用，全面分析了不同电极材料、结构和制备工艺对器件性能的影响，为优化顶电极设计提供了重要理论依据。研究团队详细比较了传统气相沉积与溶液加工电极材料的特性，明确了溶液加工技术在成本控制、生产效率、材料兼容性和结构可调性等方面的优势。通过溶液加工技术，成功制备出具有优异透明度和导电性的顶电极，显著提升了 PSCs 的光电转换效率和稳定性。此外，该技术还为 PSCs 在建筑一体化光伏（BIPV）、可穿戴设备和便携式移动电源等领域的大规模应用奠定了坚实基础，为 PSCs 顶电极的优化设计提供了系统全面的指导，为推动 PSCs 技术从实验室走向商业化生产提供了关键技术支持，有望在可再生能源领域引发重大变革。

相关工作得到了国家自然科学基金、国家科技部重点研发计划、中国科学院战略性先导科技专项等项目的支持。

原文链接

图1. 用于商业规模钙钛矿光伏器件的溶液加工顶电极示例 

图2 . （a）物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD）原理流程示意图；（b）BTA 防腐装置的配置图和原理流程图。（c）具有三种不同透明电极的 PSCs 的 J-V 曲线图。 （d）宽禁带器件的原理图以及截面SEM，冠军串联器件的 J-V曲线。

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