近日，蘇州大學王長擂-李孝峰團隊在全鈣鈦礦疊層太陽能電池方面取得新進展，相關研究成果發表在Nature Energy上。
“雙碳”目標是我國作出的重大戰略決策，實現“雙碳”目標將重塑我國的經濟和能源結構，改變人們的生產生活方式。發展清潔低成本的太陽能光伏器件，是實現“雙碳”目標的重要途徑與技術保障。近年來，有機無機雜化鈣鈦礦材料因其優異的光電特性，在光伏、探測、發光等領域取得重要進展。鈣鈦礦太陽能電池具有高效率、低成本等優勢，構建基于鈣鈦礦材料的疊層太陽能電池，突破單結光伏器件的效率極限，是提升鈣鈦礦光伏效率與應用的有效途徑。全鈣鈦礦疊層器件由不同帶隙子電池串聯而成，通常寬、窄帶隙吸光層分別使用溴元素和錫元素摻雜，由于摻雜鈣鈦礦材料的晶粒生長機制不同，最終造成結晶過程不可控、晶粒尺寸較小、晶體質量差等問題，進而影響鈣鈦礦光伏器件性能。
目前，國際上尚無普適方法可同時實現不同組分鈣鈦礦薄膜的高質量結晶調控。針對上述問題，光電科學與工程學院王長擂副教授、李孝峰教授與合作者發展了一套具有普適性的鈣鈦礦薄膜結晶調控方法。通過構筑限域退火方法（Close Space Annealing，CSA），延緩了鈣鈦礦中間相薄膜內部溶劑的揮發速度，采用不同透氣性襯底，精確調控殘余溶劑含量和揮發路徑，使其在有限空間內參與結晶過程，促進晶粒的生長與融合。相比傳統退火方式，限域退火方法制備的鈣鈦礦吸光薄膜晶粒尺寸明顯增加、載流子壽命顯著提升、缺陷態密度顯著降低，相應的器件表現出更高的效率潛力。該限域退火方案對于寬帶隙和窄帶隙鈣鈦礦材料均表現出優異的結晶調控效果，助力得到高質量單結寬帶隙和窄帶隙鈣鈦礦電池，其效率分別超過18%和21%。進一步結合疊層太陽能電池結構設計，實現全鈣鈦礦四端和兩端疊層太陽能電池，其效率均超過25%，并取得專業機構的檢測認證。此項工作為有效控制鈣鈦礦結晶過程提供了巧妙的技術方案，促進了鈣鈦礦太陽能電池的進一步發展，并展示了該方法在疊層太陽能電池和大面積制備方面的潛力，為量產化制備全鈣鈦礦疊層組件打下堅實基礎。
相關成果以“A universal close-space annealing strategy toward high-quality perovskite absorbers enabling efficient all-perovskite tandem solar cells”為題，在Nature Energy上發表。
項目資助：本工作得到國家重點研究開發計劃（2019YFE0120000）、國家自然科學基金（61875143、62005188、62174112、62120106001）、江蘇省自然科學基金（BK20190825）、中央高校基本科研基金（2021SCU1205、YJ201955）、四川省科技計劃（2020JDJQ0030）、四川大學特色工程團隊（2020SCUNG102）、蘇州大學數碼激光成像與顯示教育部工程研究中心的支持。
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