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全鈣鈦礦串聯(lián)太陽能電池(TSCs)因其高理論效率和低制造成本,被認(rèn)為是下一代光伏技術(shù)的重要方向。然而,錫鉛混合窄帶隙底電池性能不佳,嚴(yán)重制約了TSCs的發(fā)展,主要問題包括結(jié)晶過程不可控、Sn2?氧化不均以及能帶對(duì)齊不良。
本研究鄭州大學(xué)李鵬偉、中石油蔣龍、南京郵電大學(xué)夏俊民、西安交通大學(xué)張楠、楊生春和梁超等人通過在錫鉛鈣鈦礦前驅(qū)體溶液中引入平面剛性四硫富瓦烯(TTF),提出一種原位雙界面調(diào)控策略。TTF作為電子供體,與錫鉛鈣鈦礦前驅(qū)體成分發(fā)生多重相互作用,并在結(jié)晶過程中自發(fā)形成雙界面富集分布,共同調(diào)控結(jié)晶動(dòng)力學(xué)、均勻化Sn氧化態(tài)、促進(jìn)鈣鈦礦體內(nèi)及雙界面的載流子提取與傳輸,并穩(wěn)定鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。基于此,均質(zhì)單結(jié)錫鉛鈣鈦礦太陽能電池(PSCs)實(shí)現(xiàn)了24.30%的冠軍效率,同時(shí)填充因子(FF)達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的83.59%,并表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性。
進(jìn)一步構(gòu)建的全鈣鈦礦串聯(lián)太陽能電池效率高達(dá)29.14%(認(rèn)證效率29.07%),封裝后的串聯(lián)器件在模擬1個(gè)太陽光照環(huán)境下進(jìn)行最大功率點(diǎn)追蹤964小時(shí)后,仍保持初始效率的80%。
研究亮點(diǎn):
分子原位自組裝雙界面調(diào)控:TTF分子在結(jié)晶過程中自發(fā)富集于鈣鈦礦薄膜的上下界面,形成“分子保護(hù)層”,有效抑制Sn2?氧化、調(diào)節(jié)結(jié)晶過程并改善能帶對(duì)齊。
高效率與高填充因子突破:?jiǎn)谓Y(jié)錫鉛鈣鈦礦電池效率達(dá)24.30%,填充因子創(chuàng)紀(jì)錄提升至83.59%;全鈣鈦礦串聯(lián)電池效率突破29.14%,認(rèn)證效率達(dá)29.07%,處于國(guó)際領(lǐng)先水平。
穩(wěn)定性顯著提升:TTF處理后的器件在氮?dú)庵袃?chǔ)存3000小時(shí)后仍保持94.7%的初始效率,串聯(lián)器件在空氣中連續(xù)工作近千小時(shí)后仍保持80%效率,展現(xiàn)出優(yōu)異的操作穩(wěn)定性。
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F. Du, T. Zhang, W. Zhu, et al. “ In Situ Dual-Interface Modulation for Homogeneous Sn─Pb Perovskites and Efficient Tandem Solar Cells.” Adv. Mater. (2025): e
19486. https://doi.org/10.1002/adma.202519486
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