南大譚海仁：PCE超30%,Voc 1.28V！中間組分工程助力高效鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池

主要內容

寬禁帶（WBG）鈣鈦礦在高效疊層太陽能電池領域展現(xiàn)出了極為可觀的應用潛力。然而，富溴（Br）組分因快速結晶的特性，極易造成鹵化物分布不均，并引發(fā)體相缺陷的產生，這給實現(xiàn)理論效率極限以及保障長期穩(wěn)定性帶來了嚴峻挑戰(zhàn)。

在此背景下，南京大學譚海仁教授、Wenchi Kong教授帶領其科研團隊，創(chuàng)新性地提出了中間組分工程（ICE）策略。該策略采用氯化鉛（PbCl?）和甲基溴化銨（MABr）對溴化鉛（PbBr?）進行部分替代。通過這一創(chuàng)新手段，成功形成了亞穩(wěn)態(tài)二維中間相A?PbI?Br???Cl（其中A涵蓋甲脒離子（FA）、甲基銨離子（MA）、銫離子（Cs），0 < x < 3）。此中間相能夠有效抑制富溴相的優(yōu)先成核，推動寬禁帶鈣鈦礦薄膜中鹵化物實現(xiàn)均勻結晶，進而顯著提升薄膜質量?；谠摬呗灾苽涞拟}鈦礦太陽能電池（帶隙為1.67 eV），光電轉換效率（PCE）達到22.5%，開路電壓（Voc）高達1.280 V，**疊層電池的認證效率更是達到了30.5%（面積1.21 cm2）。

從整體研究來看，譚海仁教授與Wenchi Kong教授團隊聚焦于寬禁帶（WBG）鈣鈦礦中富溴組分優(yōu)先成核及相不均勻性這一關鍵難題。這一問題嚴重制約了器件效率的提升以及穩(wěn)定性的保障。團隊通過實施中間組分工程（ICE）策略，利用氯化鉛（PbCl?）和甲基溴化銨（MABr）替代溴化鉛（PbBr?），成功改變了結晶路徑，避免了結晶初期富溴相的快速形成，有效降低了體相缺陷密度。最終，**的寬禁帶鈣鈦礦太陽能電池（帶隙1.67 eV）不僅取得了22.5%的光電轉換效率（PCE）和高達1.280 V的開路電壓（Voc），而且在雙面織構化硅基底上制備的鈣鈦礦 - 硅單片疊層電池的效率顯著提升至30.65%，認證光電轉換效率為30.5%（孔徑面積1.21 cm2）。此外，封裝后的ICE器件在環(huán)境大氣中進行1037小時**功率點（MPP）跟蹤后，仍能保持初始輸出功率的90.5%。這些研究成果充分證明了該團隊的組分工程策略在提升寬禁帶鈣鈦礦太陽能電池及疊層光伏技術性能與穩(wěn)定性方面具有巨大的應用潛力。