華科大唐江組AEM：突破！磺酸基表面活性劑“大顯身手”，推動均勻?qū)拵禤SCs組件誕生，引領全鈣鈦礦疊層光伏器件新征程！

發(fā)表時間：2025-06-06 11:28

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主要內(nèi)容

在鈣鈦礦光伏技術這條充滿挑戰(zhàn)與機遇的賽道上，華中科技大學唐江教授與宋海勝教授帶領其團隊一路披荊斬棘，取得了令人矚目的重大突破，為可擴展全鈣鈦礦疊層太陽能電池的商業(yè)化進程按下了“加速鍵”。

當下，可擴展全鈣鈦礦疊層太陽能電池被視作鈣鈦礦光伏走向商業(yè)化的“關鍵鑰匙”。然而，現(xiàn)實卻給科研人員出了一道難題：全鈣鈦礦疊層微型組件的認證效率，與小面積（≈0.1 cm2）對應器件相比，存在著巨大的差距。深入探究發(fā)現(xiàn)，這一性能“鴻溝”主要源于在擴大電池面積時，寬帶隙（WBG）鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）內(nèi)部如同被“攪亂”的拼圖，存在嚴重的不均勻性，且結晶度也大打折扣。

面對這一難題，唐江教授和宋海勝教授帶領團隊沒有退縮，而是大膽創(chuàng)新，引入了一種神奇的“秘密武器”——3-(N,N - 二甲基辛基銨基)丙烷磺酸內(nèi)鹽（DOPS），作為離子型表面活性劑添加劑。這就好比在混亂的戰(zhàn)場中突然出現(xiàn)了一位指揮若定的將軍，DOPS的加入讓原本“各自為戰(zhàn)”的材料分子開始有序協(xié)作。

在制備鈣鈦礦薄膜的過程中，原本的材料混合不均勻，就像一鍋沒有攪拌均勻的粥，導致薄膜出現(xiàn)各種缺陷，結構搖搖欲墜。而DOPS就像一位技藝精湛的“材料魔法師”，它憑借自身獨特的化學性質(zhì)，能夠有效抑制針孔形成，讓大面積鈣鈦礦薄膜變得均勻致密，仿佛給電池穿上了一層堅固的“鎧甲”。

DOPS與寬帶隙組分之間的相互作用，更像是一場精妙絕倫的“化學交響樂”。DOPS精準地調(diào)控著結晶過程，就像樂隊指揮把控著每一個音符的節(jié)奏；同時，它還能對未配位的Pb2?進行精準鈍化，如同一位技藝高超的工匠修復著文物上的瑕疵。*終，制備出的寬帶隙鈣鈦礦薄膜均勻且高質(zhì)量，非輻射復合被有力地抑制，電池的性能得到了顯著提升。

這些改進帶來了令人驚喜的成果，其中開口面積為1.0 cm2和20.07 cm2的寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池，分別實現(xiàn)了19.57%和16.38%的優(yōu)異效率，這一成績在行業(yè)內(nèi)堪稱亮眼。更令人振奮的是，當將這種優(yōu)化后的寬帶隙器件集成到全鈣鈦礦疊層太陽能電池中時，光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）分別達到了27.82%（1.0 cm2）和23.41%（20.07 cm2），這一數(shù)據(jù)無疑為全鈣鈦礦疊層太陽能電池的發(fā)展注入了一劑“強心針”。

總體而言，唐江教授、宋海勝教授帶領團隊提出的通過表面活性劑的結晶調(diào)控與缺陷鈍化協(xié)同效應來增強大面積均勻性的策略，不僅為全鈣鈦礦疊層太陽能電池的進一步發(fā)展開辟了全新的道路，更如同在鈣鈦礦光伏領域點亮了一盞明燈，有望引領該領域邁向一個全新的高度，有力推動鈣鈦礦光伏商業(yè)化進程。