【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】全鈣鈦礦串聯(lián)太陽能電池在實(shí)現(xiàn)超越單結(jié)Shockley–Queisser極限的光電轉(zhuǎn)換效率(PCE)方面展現(xiàn)出巨大潛力。然而，作為全鈣鈦礦串聯(lián)器件關(guān)鍵部件的窄帶隙錫鉛(Sn–Pb)鈣鈦礦太陽能電池(PSCs)，在長期光照下容易出現(xiàn)Sn²?被氧化為Sn??的現(xiàn)象，伴隨離子遷移、晶格應(yīng)力集中和結(jié)構(gòu)畸變等問題，嚴(yán)重制約了器件的穩(wěn)定性和效率提升。
針對上述瓶頸，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所葛子義研究員和劉暢研究員等人在前期鈣鈦礦太陽能電池研究的基礎(chǔ)上(Nat. comm. 2025, 16, 4148; Joule. 2024, 8, 1120-1141; Adv. Mater. 2025, 29, 2415627; Adv. Mater. 2025, 22, 2410779; Energy Environ. Sci. 2024,17, 8557-8569; Adv. Mater. 2024, 20 2400852; Adv. Mater. 2024, 36, 2309998; Adv. Mater. 2024, 8, 2309208; Adv. Mater. 2023, 2302752; Angew. Chem. 2023, 135, e202217526)，提出了一種基于剛性三磺酸根多齒配位分子的“晶格穩(wěn)定與應(yīng)變均一化”策略。該分子可與Sn²?形成強(qiáng)配位鍵，顯著增強(qiáng)Sn–I鍵強(qiáng)度，并通過抑制極化聲子耦合降低光致晶格振動與應(yīng)力集中。同時，均勻化Sn/Pb組分分布，有效緩解了長期照射下的結(jié)構(gòu)退化問題。研究結(jié)果表明，該策略實(shí)現(xiàn)了在窄帶隙(NBG)PSCs中的高穩(wěn)定性和高效率突破。優(yōu)化后的NBG器件PCE達(dá)到23.2%，在最大功率點(diǎn)(MPP)下穩(wěn)定運(yùn)行2800小時后仍保持初始效率的92.5%。進(jìn)一步應(yīng)用于2T全鈣鈦礦串聯(lián)器件后，PCE達(dá)到29.6%(認(rèn)證效率29.2%)，這是目前公開報道的全鈣鈦礦PSCs最高效率之一，在光照下穩(wěn)定運(yùn)行700小時后保持初始效率的93.1%。
這一工作不僅揭示了Sn–Pb鈣鈦礦光致降解的結(jié)構(gòu)與動力學(xué)機(jī)制，還提出了可推廣至其他窄帶隙體系的穩(wěn)定化分子設(shè)計思路，為實(shí)現(xiàn)高效、長壽命全鈣鈦礦串聯(lián)太陽能電池提供了重要的材料與方法學(xué)支撐。相關(guān)研究成果以“Lattice stabilization and strain homogenization for suppressing light-induced degradation of Sn–Pb perovskite and all-perovskite tandem solar cells”為題，發(fā)表于 Nature Communications(DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-025-59515-6)。
寧波材料博士生白楊、寧波材料所博士后孟員員和寧波材料所-浙江工業(yè)大學(xué)聯(lián)培生楊明為該論文的共同第一作者，寧波材料所葛子義研究員和劉暢研究員為該論文的通訊作者。本工作得到了國家杰出青年科學(xué)基金(21925506)、國家自然科學(xué)基金(2243000169、U21A20331、81903743、22279151、22275004)以及浙江省“領(lǐng)雁”研發(fā)攻關(guān)計劃(2024C01091)等項(xiàng)目的資助。
圖1(a)NTS體系添加劑的作用機(jī)制；(b) 全鈣鈦礦疊層太陽能電池器件J-V曲線及其參數(shù)
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