图 （a）载流子在电子传输层/α-YbOx/Cu界面的输运示意图；（b）钙钛矿太阳能电池结构示意图；（c-e）基于不同带隙钙钛矿的太阳能电池性能
在国家自然科学基金项目（批准号：52325310、52203208）等资助下，北京大学物理学院现代光学研究所“极端光学创新研究团队”朱瑞教授和龚旗煌院士团队在反式结构钙钛矿太阳能电池的研究方面取得进展。研究成果以“多功能氧化镱缓冲层用于钙钛矿太阳能电池（Multifunctional ytterbium oxide buffer for perovskite solar cells）”为题，于2024年1月18日在《自然》（Nature）杂志上发表，论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-023-06892-x。
在全球“双碳”目标下，新型钙钛矿太阳能电池是清洁能源研究的重要方向。然而，钙钛矿太阳能电池界面存在严重的物质扩散与离子迁移，这使得电池光电转换效率和工作稳定性受到严重影响。为解决上述难题，需要在电荷传输层与金属顶电极界面引入缓冲层，但目前的缓冲层材料存在热稳定性不佳、制备耗时长、加工成本高等问题，严重制约钙钛矿太阳能电池发展。因此，亟需开发工艺简单、组分均一、电荷输运特性良好、稳定性出色的新型界面缓冲层材料。
针对该关键问题，研究团队采用“物理气相沉积+高真空原位快速氧化方法”，制备了“非晶态稀土氧化镱（α-YbOx）”多功能缓冲层，构筑了基于量子局域态调控电荷输运的高稳定界面，突破了基于金属氧化物缓冲层反式结构钙钛矿太阳能电池25%的效率瓶颈，并使电池的稳定性得到显著提高。同时，研究也系统证明了该类缓冲层材料适用于不同带隙钙钛矿太阳能电池（图）。
α-YbOx界面缓冲层具有廉价、低温制备、大面积成膜均一、稳定性高、高真空快速氧化等优势，这为构筑廉价、高效、稳定的反式结构钙钛矿太阳能电池奠定了基础。同时，该研究发现为深入理解α-YbOx界面电荷输运特性提供了科学依据，并为未来设计、开发基于量子调控的电荷注入/提取电极提供了参考范例。这一系列工作为提高反式结构钙钛矿太阳能电池的稳定性提供了新的思路，推动了钙钛矿太阳能电池向产业化方向的发展。