南航張助華&郭萬(wàn)林Nat. Commun.：多錨點(diǎn)協(xié)同強(qiáng)化，獲得**效率25.03%的高效穩(wěn)定鈣鈦礦太陽(yáng)能電池

發(fā)表時(shí)間：2025-07-15 14:37

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主要內(nèi)容

傳統(tǒng)鈍化配體因依賴單一活性位點(diǎn)與鈣鈦礦表面結(jié)合，易引發(fā)配體密集堆積形成電阻屏障，導(dǎo)致器件效率與穩(wěn)定性難以協(xié)同提升的"蹺蹺板效應(yīng)"。針對(duì)這一行業(yè)痛點(diǎn)，南京航空航天大學(xué)國(guó)際前沿科學(xué)研究院張助華副院長(zhǎng)、郭萬(wàn)林教授和聶日明教授領(lǐng)銜的科研團(tuán)隊(duì)，通過(guò)界面配位化學(xué)的分子級(jí)精準(zhǔn)調(diào)控，提出"多錨點(diǎn)協(xié)同強(qiáng)化"新策略。

01

多錨點(diǎn)協(xié)同強(qiáng)化：從缺陷鈍化到晶格修復(fù)的跨越

研究發(fā)現(xiàn)，氯化銻與N,N-二甲基硒脲通過(guò)配位自組裝形成的Sb(SU)?Cl?復(fù)合物，可同時(shí)通過(guò)Sb-Cl-Pb化學(xué)鍵和N-H···O氫鍵，精準(zhǔn)錨定鈣鈦礦晶格的三個(gè)獨(dú)立活性位點(diǎn)——晶界、表面臺(tái)階位及欠配位Pb位點(diǎn)。這種“多錨點(diǎn)協(xié)同強(qiáng)化”策略突破了傳統(tǒng)配體單一作用位點(diǎn)的局限，實(shí)現(xiàn)了從被動(dòng)缺陷鈍化到主動(dòng)晶格修復(fù)的跨越。實(shí)驗(yàn)表明，該復(fù)合物可顯著降低鈣鈦礦表面態(tài)密度，為器件性能提升奠定基礎(chǔ)。

02

空氣環(huán)境兩步法：高效制備與穩(wěn)定性協(xié)同突破

團(tuán)隊(duì)開發(fā)的空氣環(huán)境兩步法制備工藝，通過(guò)前驅(qū)體溶液中Sb(SU)?Cl?的梯度濃度調(diào)控（0.5-2.0 mol%），在鈣鈦礦結(jié)晶過(guò)程中同步實(shí)現(xiàn)晶粒定向生長(zhǎng)（XRD(100)峰強(qiáng)度提升3.2倍）和表面態(tài)密度降低（PL壽命從1.2 μs延長(zhǎng)至4.8 μs）。基于此工藝制備的未封裝器件，在AM1.5G標(biāo)準(zhǔn)光照下取得25.03%的**效率（第三方認(rèn)證效率24.87%），并在20-40%RH環(huán)境中儲(chǔ)存1584小時(shí)后仍保持99%初始效率。更引人注目的是，該器件通過(guò)IEC61215標(biāo)準(zhǔn)加速老化測(cè)試結(jié)合Arrhenius模型外推，其T??壽命在黑暗儲(chǔ)存、85℃熱老化、1Sun持續(xù)光照條件下分別達(dá)23,325小時(shí)、5,004小時(shí)和5,209小時(shí)，三項(xiàng)指標(biāo)均創(chuàng)鈣鈦礦光伏領(lǐng)域公開報(bào)道的最高紀(jì)錄。

03

產(chǎn)業(yè)化雙突破：技術(shù)落地與全球認(rèn)可

張助華副院長(zhǎng)指出，這項(xiàng)研究實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)關(guān)鍵突破：“首先，通過(guò)分子設(shè)計(jì)構(gòu)建了三維配位網(wǎng)絡(luò)，將界面載流子復(fù)合速率降低至103 cm2/Vs以下；其次，開發(fā)的空氣加工工藝使制備能耗降低60%，為大規(guī)模生產(chǎn)提供了可能?！蹦壳埃瑘F(tuán)隊(duì)已圍繞該技術(shù)布局5項(xiàng)國(guó)際發(fā)明**，并與多家光伏企業(yè)達(dá)成聯(lián)合研發(fā)協(xié)議。審稿人高度評(píng)價(jià)其“為鈣鈦礦光伏的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用開辟了新路徑”，標(biāo)志著該技術(shù)向?qū)嶋H應(yīng)用邁出了關(guān)鍵一步。

文獻(xiàn)信息

Enhanced coordination interaction with multi-site binding ligands for efficient and stable perovskite solar cells

Riming Nie, Peikun Zhang, Jiaxing Gao, Cheng Wang, Weicun Chu, Luyao Li, Kaiyu Wang, Dongmin Qian, Fanrong Lin, Xuefeng Xia, Yong Wu, Lingfeng Chao, Chunyang Miao, Xiaoming Zhao, Wanlin Guo & Zhuhua Zhang

https://www.nature.com/articles/s41467-025-61563-x

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