寧波材料所肖傳曉Nat. Commun.：質的飛躍！PHASET助力高效穩(wěn)定寬帶隙PSCs

發(fā)表時間：2025-09-02 10:35

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主要內容

中國科學院寧波材料技術與工程研究所肖傳曉研究員與西北工業(yè)大學李禎教授強強聯(lián)合，共同率領其科研團隊開展前沿研究。他們敏銳地察覺到，寬帶隙（WBG）鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）在疊層太陽能電池（TSCs）體系中蘊含著突破肖克利 - 奎塞爾（Shockley–Queisser）極限的巨大潛能。然而，一個棘手的問題橫亙在前——該電池在持續(xù)光照條件下會發(fā)生相分離現(xiàn)象，這一現(xiàn)象如同頑疾，嚴重制約了其穩(wěn)定性，成為阻礙其邁向大規(guī)模實際應用的關鍵障礙。

該科研團隊憑借**的原位顯微表征技術，對光致相分離的動態(tài)過程展開了全方位、深層次的探究。研究清晰地揭示出，在初始光照階段，碘離子會迅速擴散至亞穩(wěn)態(tài)；而隨著光照的持續(xù)作用，離子不斷進行重新分布，相分離的能壘會逐漸攀升，最終形成一種高度穩(wěn)定、具備強抗相分離能力的狀態(tài)。受硅基光伏穩(wěn)定化方法的啟迪，團隊大膽創(chuàng)新，成功開發(fā)出光致均勻化輔助相分離緩解技術（Photo - Homogenization Assisted Segregation Easing Technique，簡稱PHASET）。此技術**匠心地將光照預處理與2 - ThEABr表面鈍化巧妙結合，猶如一把精準的手術刀，有效抑制了鹵化物相分離的發(fā)生。

得益于PHASET技術的**應用，1.79電子伏特（eV）寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池的效率實現(xiàn)了質的飛躍，一舉提升至20.23%。更令人驚嘆的是，在持續(xù)光照1200小時的嚴苛考驗下，該電池仍能保持初始效率的97%，展現(xiàn)出了超乎尋常的穩(wěn)定性。在此基礎上，團隊進一步拓展研究，將該電池與1.25電子伏特窄帶隙子電池進行集成，成功打造出雙端全鈣鈦礦疊層太陽能電池。這款疊層電池效率驚人，高達28.64%，在**功率點跟蹤1200小時后，仍能維持初始性能的77%，性能表現(xiàn)堪稱**。

總之，肖傳曉研究員和李禎教授帶領的科研團隊在寬帶隙（WBG）鈣鈦礦材料領域取得了重大突破。他們不僅深入剖析了相分離機制，還創(chuàng)新性地引入PHASET方法，全方位提升了器件的效率和穩(wěn)定性。團隊運用高分辨率原位開爾文探針力顯微鏡（KPFM），對表面形貌和表面電位進行了高精度的空間分辨成像，生動且直觀地呈現(xiàn)了光致相分離及其后續(xù)恢復過程的動態(tài)變化。通過綜合分析能譜儀（EDS）和光致發(fā)光（PL）結果，團隊精準鎖定了碘離子是導致相分離的關鍵因素，并發(fā)現(xiàn)其在光照條件下具有均勻重新分布的顯著趨勢?；谶@一對機制的深刻洞察，團隊開發(fā)出一種高效的光輔助方法，成功制備出高質量的寬帶隙鈣鈦礦薄膜，實現(xiàn)了20.23%的高效率。據(jù)團隊所知，這是目前全球范圍內性能最為優(yōu)異的1.79電子伏特（eV）鈣鈦礦太陽能電池之一。