近日，色情论坛-国产色情论坛太阳能电池课题组在反式结构钙钛矿太阳电池的反向偏压和运行稳定性方面取得新进展，研究成果以“水溶性V2O5-x赋予高效反式钙钛矿太阳能电池高运行和反向偏压稳定性”为题发表于国际著名期刊《Advanced Energy Materials》上。论文第一作者是色情论坛-国产色情论坛硕士研究生康圣祥，第一通讯作者为黄利克副教授；香港理工大学李刚教授、黄佳明博士为共同通讯作者，Jiyao Zhang硕士生为共同第一作者。
钙钛矿太阳能电池因高效率、低成本等优势而备受关注，但其长期稳定性尤其是反向偏压稳定性，仍是面向产业化应用所面临的关键挑战。在实际户外应用中，光伏组件可能因局部被遮挡（如积雪、树荫等）导致部分电池处于反向偏置状态，引发局部热点甚至不可逆击穿，影响组件整体运行可靠性。
作为代表性器件，反式钙钛矿太阳电池通常具有p-i-n构型的能带结构，其中作为空穴传输层的p层、作为电子传输层的n层和作为光吸收层的i层分别通常为NiOx等p型半导体材料、C60等n型半导体材料和非故意掺杂的金属卤化物钙钛矿材料。纳米晶NiOx被广泛用作空穴传输层，但其合成技术复杂，抗反向击穿能力有限，制约了高稳定器件的发展。同样作为过渡金属氧化物的V2O5在OPV、OLED等有机光电子学领域广为报道，该研究采用水溶性V2O5-x替代纳米晶NiOx。然而，在这些工作中具有氧空位的V2O5-x通常被报道为p型半导体，因此常认为是作为空穴传输层，这是基于其功函数较大的事实做出的推断，也因此相关器件工作原理比较简单明了。
然而，半导体的功函数与导电类型并无直接关系，能级较深的n型半导体同样也可以具有高功函数。该工作基于Hall效应测试、X射线和紫外光电子谱测试以及第一性原理计算等共同证实了V2O5-x实际上是一种氧空位主导的自掺杂n型半导体材料(ACS Appl. Energy Mater. 2025, 8, 21, 16192-16212)，其电子有效质量大于空穴有效质量，直觉上并不适合作为空穴传输层。也因此，此次报道的反式结构器件具有不同于已有报道的n-i-n构型的能带结构。通常，高掺杂n型半导体可能会导致显著的空穴猝灭而不适合作为空穴传输层。该研究通过适当控制n掺杂浓度，实现对ITO的高功函数修饰和界面能带结构优化，经由ITO对钙钛矿光生空穴的量子隧穿n-V2O5-x收集在n-i-n构型器件中实现高光伏性能和高稳定性。
具体地，通过对V2O5薄膜的处理温度的系统改变来连续调控V2O5-x的氧空位浓度、掺杂浓度、缺陷密度、功函数和介电常数等光电特性，从而在最优温度下实现25.88%的光电转换效率。相比采用SAM或者NiOx的对照组器件，该优化器件的光伏性能、反向击穿电压、反向偏压稳定性、热循环稳定性和长期模拟太阳光光照稳定性均得到了不同程度的提升。
该工作澄清了V2O5-x的n型导电类型及其掺杂机制，提出了一种异于传统p-i-n能带结构的新型n-i-n能带构型的反式结构钙钛矿太阳电池器件，并为面向实用化需求的高效钙钛矿太阳电池提供了一种新颖简便的备选技术方案。
上述研究得到了宁波大学高级别科技培育项目、宁波市自然科学基金、宁波大学王宽诚幸福基金、香港研究资助局高级研究计划、香港理工大学钟士元爵士教授基金、国家自然科学基金等项目的支持。
原文链接：//advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202506005