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D.K.Dwivedi 現(xiàn)時(shí)Sci. Rep.:硒摻雜賦能使環(huán)保FASnI?鈣鈦礦電池效率飆至32%！發(fā)表時(shí)間：2025-07-30 14:38
主要內(nèi)容 在Madan Mohan Malaviya University of Technology (MMMUT)，D.K. Dwivedi教授領(lǐng)銜的科研團(tuán)隊(duì)開展了一項(xiàng)**開創(chuàng)性的研究工作。錫（Sn）基鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）憑借其獨(dú)特的優(yōu)勢，如較長的熱載流子壽命、較窄的帶隙以及良好的生物相容性，長期以來一直是能源領(lǐng)域科研人員關(guān)注的熱點(diǎn)。然而，基于n-i-p結(jié)構(gòu)的錫基鈣鈦礦太陽能電池在實(shí)際應(yīng)用中卻面臨著性能不佳的困境。 01 溯源困境：傳統(tǒng)方案在錫基鈣鈦礦電池中的“水土不服” 深入探究發(fā)現(xiàn)，問題的根源在于最初專為n-i-p型鉛基鈣鈦礦太陽能電池設(shè)計(jì)的金屬氧化物電子傳輸層（ETLs），被直接套用于錫基體系。這種“生搬硬套”的做法，使得傳輸層與錫基鈣鈦礦材料無法良好適配。此外，金屬氧化物自身存在較深的能級，這不利于電荷的有效傳輸；同時(shí)，普遍存在的氧空位缺陷，會捕獲電荷，增加電荷復(fù)合的幾率，進(jìn)一步加劇了電池性能的惡化，導(dǎo)致錫基鈣鈦礦太陽能電池在實(shí)際應(yīng)用中表現(xiàn)不佳。 02 創(chuàng)新破局：Sn(S?.??Se?.??)?開啟高效傳輸新路徑 為攻克氧化不穩(wěn)定以及與傳統(tǒng)金屬氧化物電子傳輸層兼容性差等長期困擾錫基鈣鈦礦太陽能電池發(fā)展的難題，D.K. Dwivedi教授團(tuán)隊(duì)大膽創(chuàng)新，率先將Sn(S?.??Se?.??)?引入該領(lǐng)域，作為新型電子傳輸層。硒摻雜賦予了這種新型材料獨(dú)特的性質(zhì)，它不僅能夠穩(wěn)定晶格結(jié)構(gòu)，減少因晶格畸變導(dǎo)致的電荷散射；在熱應(yīng)力等復(fù)雜工況下，依然可以保持**的性能穩(wěn)定性，確保電荷傳輸?shù)捻槙?。而且，它能有效防止Sn2?的氧化，避免氧分子脫附，從而減少因氧化和脫附產(chǎn)生的缺陷，為電池的高效穩(wěn)定運(yùn)行提供了有力保障。 團(tuán)隊(duì)對多種電荷傳輸層進(jìn)行了全面且深入的系統(tǒng)性研究。通過大量的實(shí)驗(yàn)對比和理論分析，發(fā)現(xiàn)SnS?、TiO?以及金屬摻雜的Sn(S?.??Se?.??)?均具備提高FASnI3（帶隙（Eg）≈1.41電子伏特（eV））鈣鈦礦太陽能電池效率的潛力。經(jīng)過多輪優(yōu)化篩選，確定當(dāng)采用Sn(S?.??Se?.??)?作為電子傳輸層、PTAA作為空穴傳輸層（HTL）時(shí)，電池性能達(dá)到**，并構(gòu)建了**的器件結(jié)構(gòu)：Au/PTAA/FASnI?/Sn(S?.??Se?.??)?/FTO。 03 成果斐然：材料創(chuàng)新引領(lǐng)太陽能技術(shù)新征程 在確定**結(jié)構(gòu)后，團(tuán)隊(duì)并未滿足于現(xiàn)狀，而是進(jìn)一步對活性層、電子傳輸層和空穴傳輸層的厚度、受主密度（NA）、缺陷密度（Nt）隨厚度的變化規(guī)律、界面缺陷（IDD）以及溫度變化等多個(gè)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了細(xì)致入微的評估與優(yōu)化。經(jīng)過不懈努力，取得了令人振奮的優(yōu)化成果：光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）高達(dá)32.22%，開路電壓（Voc）達(dá)到1.2762 V，填充因子（FF）為81.87%，短路電流密度（JSC）為30.836 mA·cm?2。這些詳實(shí)可靠的數(shù)據(jù)充分證明，Sn(S?.??Se?.??)?相較于傳統(tǒng)的SnS?和TiO?電子傳輸層具有顯著優(yōu)勢，是提升錫基鈣鈦礦太陽能電池性能的理想選擇。 本研究創(chuàng)新性地將效率提升與環(huán)境可持續(xù)性有機(jī)結(jié)合，為無鉛鈣鈦礦太陽能電池的發(fā)展樹立了全新的標(biāo)桿，充分展示了材料創(chuàng)新在釋放錫基鈣鈦礦太陽能電池巨大潛力方面的關(guān)鍵作用。該成果不僅成功解決了當(dāng)前錫基鈣鈦礦太陽能電池發(fā)展面臨的諸多局限性，更為開發(fā)可規(guī)?；?、可靠且環(huán)保的太陽能技術(shù)帶來了新的希望，有望推動太陽能領(lǐng)域邁向一個(gè)新的發(fā)展階段。
文獻(xiàn)信息 Revolutionizing environment friendly FASnI3 perovskite solar cells with pioneering selenium doped metal chalcogenide charge transport layer unlocking 32% efficiency Akash Anand Verma & D. K. Dwivedi https://www.nature.com/articles/s41598-025-93786-9
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