q日Q云南大学特聘教授吕正红院士Q加拿大工程院院士、加拿大皇家U学院院士）领衔的研I小l联合北京大学、牛z大学和多u多大学等国内外研I团队，首次报道采用“物理气相沉U?高真I原位快速氧化方法”大规模制备“非晶态稀土氧化镱Q?YbOxQ”多功能~冲层，用于解决钙钛矿太阌甉|QPSCsQ因界面物质扩散和离子迁Ud致器件效率和工作E_性不佳的技术难题。该研究Z非晶态稀土氧化镱在费cU附q高度的Anderson-Mott量子局域态，构筑了基于量子局域态调控电药q的高稳定界面，H破了氧化物~冲层电池器?5%的效率瓶颈，同时Q器件稳定性得到显著提高?/p>
该研I成果以“Multifunctional ytterbium oxide buffer for perovskite solar cells”ؓ题，于北京时?024q??8日在Nature正刊上发表（DOIQ?0.1038/s41586-023-06892-xQ。北京大学陈鹏博士、博士生黎顺P牛|大学肖云博士Q云南大学博士生胡俊涛（已毕业）论文的共同第一作者；吕正U院士、多伦多大学|d映博士、牛z大学Henry Snaith教授、北京大学朱瑞研I员和龚旗煌院士文的共同通讯作者?/p>
?Q缓冲层概述。（aQ缓冲层在阻挡界面物质扩散与dq移斚w作用的图C；QbQ典型金属氧化物的标准摩吉布斯自由能；QcQ金属镱的物理气相沉U工艺示意图?/p>
在全球“双”目标下Q新型钙钛矿太阳能电池是清洁能源研究的重要努力方向，然而，钙钛矿太阌甉|界面׃存在物质扩散与离子迁U，D其电池器件光电{换效率与工作E_性受限。ؓ解决上述技术难题，需要在电荷传输层与金属电极界面引入缓冲层Q但是，当前的缓冲层材料以有机半g材料BCP和晶态氧化物SnOxZQ前者存在热E_性不佳的短板Q后者的加工制备工艺Ҏ费力。鉴于此Q亟需开发“工艺简单、组分均一、电药q特性良好、稳定性出艜y的新型界面~冲层材料。其中，氧化铟镓锌（IGZOQ是一cL为典型的非晶态氧化物半导体材料，h“高q移率、大面积成膜均一、可低温制备”等优点?/p>
受此启发Q研I团队将目标锁定在能够用物理气相沉积的非晶态氧化物上。结合材料物性和吉布斯自ql合分析Q最l锁定“非晶态稀土氧化镱Q?YbOxQ”?/p>
首先Q通过工艺参数的系l优化，研究团队首次H破了基于?YbOx界面~冲层的钙钛矿太阌甉|25%效率瓉Qƈ且系l证明了该类ɑ-YbOx面缓冲层材料适用于不同带隙钙钛矿太阳能电池器件。此外，ZISOS-L-3标准的器件老化分析表明Q相比较常规的BCP界面~冲层器ӞZɑ-YbOx的器件表现出更ؓ的稳定性，辑ֈ原子层沉UALD-SnOx器g同等水^。同Ӟ与ALD-SnOx器g相比较，Zɑ-YbOx的器件无需长时间ALD-SnOx制备{待Q可极大加速大规模生效率?/p>
?Q蝲子输运机理和太阌甉|性能。（aQ蝲子在电子传输层/-YbOx/Cu界面的输q示意图Q（bQ钙钛矿太阳能电池结构示意图Q（c-eQ基于不同带隙钙钛矿的太阌甉|性能?/p>
其次Qؓ揭示Zɑ-YbOx界面电荷输运Ҏ，研究团队联合开展了深入的研I。研I发玎ͼɑ-YbOx在费cU附q存在高度Anderson-Mott量子局域态，因此Q电药q遵从声子辅助的局域跃q量子输q模式（也即不再遵@常规电子材料中的能带输运模式Q。声子辅助的局域跃q量子输q模式由Nevill Mott教授?974q首ơ提出，Nevill Mott教授也因此于1977q获物理学奖。将ɑ-YbOx作ؓ界面~冲层引入到器g中，研究团队首次观测到声子辅助的局域跃q量子输q能够在钙钛矿太阌甉|实际界面发生。该研究发现不仅为深入理解?YbOx界面电荷输运Ҏ提供了U学依据Q而且为未来设计、开发基于量子调控的电荷注入/提取甉|提供了参考范例?/p>
?Q钙钛矿太阳能电池的E_性。（a-bQ基于不同界面缓冲层的窄带隙和宽带隙钙钛矿太阌甉|的热E_性对比（85CQ；QcQ基于?YbOx界面~冲层的H带隙钙钛矿太阳能电池运行稳定性；QdQ在ISOS-L-3标准?Z-YbOx界面~冲层的H带隙钙钛矿太阳能电池运行稳定性；Qe-fQ纯钙钛矿薄膜（ControlQ和钙钛?-YbOxQTargetQ界面的X线光电子能谱随旉变化?/p>
2023q以来，吕正U院士研I小l的其他研究成果陆箋发表在NatureQIF=64.8Q、Nature EnergyQIF=56.7Q、Advanced MaterialsQIF=29.4Q、ACS Energy LettersQIF=22Q、Advanced Functional MaterialsQIF=19Q等期刊上，相关研究工作得到云南大学“双一”学U徏讄费的支持?/p>
相关论文链接Q?/p>
https://doi.org/10.1038/s41586-023-06006-7
https://doi.org/10.1038/s41560-023-01205-y
https://doi.org/10.1002/adma.202206345
https://doi.org/10.1002/adma.202208178
https://doi.org/10.1021/acsenergylett.2c02856
https://doi.org/10.1002/adfm.202309511
