寧波材料所葛子義Nat. Commun.：Sn - Pb鈣鈦礦及PTSCs中，通過構建晶格穩(wěn)定網絡解除光熱 - 機械降解作用

主要內容

全鈣鈦礦疊層太陽能電池（PTSCs）具備超越肖克利 - 奎塞爾（Shockley - Queisser，SQ）理論極限的巨大潛力。然而，受多尺度物理耦合引發(fā)的自增強光熱 - 機械降解機制影響，其實際應用面臨嚴峻挑戰(zhàn)。

中科院寧波材料所葛子義研究員和劉暢研究員帶領團隊開展研究，將多功能聚胺配體三苯基三胺硫代磷酸鹽（triphenyltriamine thiophosphate，TPTA）引入錫鉛（Sn - Pb）鈣鈦礦溶液體系，構建了由I - Sn - N配位介導的晶格穩(wěn)定框架，從抑制周期性振蕩、調節(jié)應力等多個維度切斷了光熱 - 機械耦合路徑。

基于此，單結Sn - Pb鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）的光電轉換效率（photoelectric conversion efficiency，PCE）達到23.4%，且在**功率點（maximum power point，MPP）跟蹤950小時后，仍能保持初始性能的94.9%。當該器件集成至兩端（2 - terminal，2T）疊層結構時，PCE提升至29.6%（認證PCE為28.9%），連續(xù)運行900小時后，仍可保持初始效率的93.4%。

團隊還提出了一種有效的分子設計策略，以應對錫鉛（Sn - Pb）窄帶隙（NBG）鈣鈦礦材料存在的晶格不穩(wěn)定、應變不均以及鹵化物遷移等關鍵問題。在眾多添加劑中，具有高偶極矩和多位點錨定效應的TPTA在強化Sn - I鍵、抑制晶格振動、緩解局部應力以及穩(wěn)定Sn - Pb鈣鈦礦晶格方面表現(xiàn)最為突出。通過解除光熱 - 機械反饋循環(huán)、阻斷多尺度降解級聯(lián)反應，TPTA促使形成均勻且穩(wěn)固的晶格結構，使其在運行條件下保持穩(wěn)定。因此，優(yōu)化后的NBG鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）同樣實現(xiàn)了23.4%的光電轉換效率（PCE），連續(xù)運行950小時后仍能保持94.9%的效率。將其集成至兩端（2T）全鈣鈦礦疊層太陽能電池（PTSC）結構中時，實現(xiàn)了29.6%的PCE（認證PCE為28.9%），運行900小時后仍能保持93.4%的效率。

本研究為打破自增強的光熱 - 機械降解循環(huán)提供了**說服力的解決方案，代表了實現(xiàn)基于Sn - Pb鈣鈦礦器件高結構穩(wěn)定性和運行穩(wěn)定性的可行途徑，為下一代光伏技術的商業(yè)化應用奠定了堅實基礎。

文獻信息

Decoupling photothermal-mechanical degradation through lattice-stabilizing networks in Sn–Pb perovskites and all-perovskite tandem solar cells

Haibin Pan, Yang Bai, Kexuan Sun, Ming Yang, Ruijia Tian, Yuanyuan Meng, Jiangwei Gao, Yaohua Wang, Jingnan Wang, Shujing Zhou, Zhenhua Song, Lu Xiaoyi, Chang Liu & Ziyi Ge

https://www.nature.com/articles/s41467-025-64274-5

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