南大譚海仁組Nat. Mater.：使全鈣鈦礦疊層太陽(yáng)能電池效率達(dá)29.1%！通過(guò)優(yōu)化寬帶隙鈣鈦礦中的(100)取向?qū)崿F(xiàn)

發(fā)表時(shí)間：2025-01-14 10:12

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主要內(nèi)容：

單片全鈣鈦礦疊層太陽(yáng)能電池作為一種創(chuàng)新方法，為突破單結(jié)太陽(yáng)能電池的效率極限帶來(lái)了希望。然而，寬帶隙（WBG）鈣鈦礦子電池中的顯著開(kāi)路電壓損失一直是制約其光電轉(zhuǎn)換效率進(jìn)一步提升的關(guān)鍵因素。針對(duì)這一挑戰(zhàn)，南京大學(xué)工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院譚海仁教授帶領(lǐng)其團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了深入研究。他們成功開(kāi)發(fā)了具有優(yōu)化(100)晶體取向的寬帶隙鈣鈦礦薄膜，旨在有效抑制非輻射復(fù)合現(xiàn)象。這一策略的核心在于，利用二維鈣鈦礦作為中間相，在薄膜表面促進(jìn)沿(100)三維鈣鈦礦晶面的異質(zhì)成核。通過(guò)精細(xì)的表面組成工程，團(tuán)隊(duì)增加了二維相的數(shù)量，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)選的(100)取向，同時(shí)避免了使用過(guò)多可能阻礙載流子傳輸?shù)亩S配體。

為了簡(jiǎn)化制備過(guò)程并進(jìn)一步提升性能，團(tuán)隊(duì)還報(bào)道了一種簡(jiǎn)便方法：在反溶劑中混合MAI（甲胺碘）和PEAI（苯乙胺碘），以制備具有優(yōu)化(100)取向的寬帶隙鈣鈦礦。這種方法促進(jìn)了n=1層狀鈣鈦礦在薄膜表面的形成，誘導(dǎo)了定向成核和向下晶體生長(zhǎng)，從而降低了非輻射復(fù)合率，提高了載流子遷移率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，采用這種方法的1.78電子伏特寬帶隙鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，其開(kāi)路電壓高達(dá)1.373伏，填充因子也達(dá)到了84.7%的高水平。在**功率點(diǎn)條件下測(cè)量，全鈣鈦礦疊層太陽(yáng)能電池的開(kāi)路電壓更是達(dá)到了2.21伏，且經(jīng)認(rèn)證的光電轉(zhuǎn)換效率為29.1%。

綜上所述，這項(xiàng)研究不僅提供了一種有效控制寬帶隙鈣鈦礦晶體取向的技術(shù)，而且在不犧牲電荷傳輸性能的前提下，成功克服了由于光電壓損失導(dǎo)致的全鈣鈦礦疊層電池效率提升的障礙。這一成果為全鈣鈦礦疊層太陽(yáng)能電池的發(fā)展開(kāi)辟了新的道路，有望推動(dòng)太陽(yáng)能電池技術(shù)的進(jìn)一步革新。

文獻(xiàn)信息：

All-perovskite tandem solar cells achieving >29% efficiency with improved (100) orientation in wide-bandgap perovskites

Zhou Liu, Renxing Lin, Mingyang Wei, Mengran Yin, Pu Wu, Manya Li, Ludong Li, Yurui Wang, Gang Chen, Virginia Carnevali, Lorenzo Agosta, Vladislav Slama, Nikolaos Lempesis, Zhichao Wang, Meiyu Wang, Yu Deng, Haowen Luo, Han Gao, Ursula Rothlisberger, Shaik M. Zakeeruddin, Xin Luo, Ye Liu, Michael Gr?tzel& Hairen Tan

https://www.nature.com/articles/s41563-024-02073-x