中大吳武強組ACS Nano：提高二維鈣鈦礦覆蓋層的導電性，以實現高性能無空穴傳輸層的3D/2D異質結構鈣鈦礦光伏器件

鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）作為低成本、高效率的光伏技術代表，其性能的持續提升一直是科研領域的重點研究方向。構建三維（3D）/二維（2D）鈣鈦礦異質結構已被證實為提升PSCs效率和穩定性的有效策略。然而，2D鈣鈦礦覆蓋層的導電性較差及其與3D鈣鈦礦層能級不匹配的問題限制了器件性能的進一步提高。針對這一挑戰，中山大學化學學院吳武強教授帶領其團隊取得了一項重要突破。

吳武強教授團隊開發了一種簡單而高效的化學協同修飾策略，該策略巧妙地結合了無機高價態鈮離子（Nb5+）金屬摻雜劑和有機銨鹵化物鹽，成功地在底層3D鈣鈦礦層上原位生長出高質量的2D鈣鈦礦覆蓋層。這一創新方法不僅顯著提升了2D鈣鈦礦覆蓋層的導電性，增幅達到43%-60%，還顯著降低了3D與2D鈣鈦礦層之間的能量勢壘，同時增強了3D/2D異質結構鈣鈦礦堆疊的內建電場強度。此外，2D鈣鈦礦覆蓋層還顯著降低了缺陷密度，降幅高達29%，這一結果已經通過空間電荷限制電流（SCLC）測試得到了充分驗證。

由于電荷提取效率的提升和非輻射復合的有效抑制，基于這種優化后的3D/2D異質結構鈣鈦礦薄膜的刮涂無空穴傳輸層PSCs實現了高達23.2%的光電轉換效率（PCE），這一效率相比對照器件（19.5%）提升了約19個百分點。這一成果不僅展示了簡化結構高性能PSCs的潛力，還通過可擴展制造技術實現了成本效益的提升。更重要的是，改性后的3D/2D鈣鈦礦基器件還展現出了更高的運行穩定性。我們的策略有效地利用了2D鈣鈦礦的優勢，同時成功地緩解了其缺點，為設計更**的3D/2D鈣鈦礦異質結構提供了有見地的視角。這一研究成果不僅為構建更高效、更穩定的鈣鈦礦基光電器件提供了一條切實可行的途徑，也為推動未來光伏技術的持續發展奠定了堅實的基礎。

文獻信息：

• Xi Chen，

• Wenhuai Feng，

• Yuxuan Fang，

• Qing Li，

• Yu-Hua Huang，

• Xueqing Chang，

• Chanying Yao，

• Yujian Shen，

• Gengling Liu，

• Shuang Yang，

• Xu-Dong Wang，

• Mingjian Yuan，

• Wu-Qiang Wu

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.4c11785?fig=agr1&ref=pdf

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