钙钛矿光伏电池稳定性重大突破

Nature刚刚刊发学校科研团队成果

华南理工大学为第一完成单位

华南理工大学严克友教授团队针对钙钛矿电池光热稳定性差的行业难题，利用绿色配体演变策略，调控全无机窄带隙钙钛矿薄膜的成核结晶，成功制备了全球首个2端全无机钙钛矿叠层电池，85 ℃光热稳定性老化测试表现良好。相关成果以“Durable all Inorganic perovskite tandem photovoltaics”为题发表在Nature上。

段程皓博士为本文第一作者，严克友教授为唯一通讯作者，华南理工大学为第一完成单位，论文合作者包括德国Christoph J. Brabec教授，瑞典林雪平大学高峰、王锋教授，香港中文大学路新慧教授，国家纳米中心丁黎明研究员等。该工作得到了海外高层次人才计划、国家自然科学基金，广东省创新创业团队及青年拔尖人才计划、兴华人才计划的基金的大力支持。

用无机阳离子（如Cs⁺）取代有机阳离子（如甲铵基（MA⁺）和甲脒（FA⁺））制备的全无机钙钛矿是提高钙钛矿太阳能电池长期光稳定性和热稳定性的有效途径。同时，为了实现更高的光伏效率，实现由多个带隙子电池组成的叠层太阳能电池是一种可行的方法。无机铅钙钛矿的固有带隙（1.7-2.3 eV）适合作为叠层太阳能电池的宽带隙顶电池。利用Pb-Sn混合制备的无机钙钛矿可将带隙缩小到1.25?1.40 eV，适用于叠层太阳能电池的窄带隙底电池。因此，全无机钙钛矿叠层太阳能电池有望打破效率瓶颈，并解决钙钛矿电池光热稳定性差的问题。然而，锡离子诱导的较差薄膜形貌和深陷阱态，无机窄带隙钙钛矿太阳能电池的效率较低，导致目前还没有关于2端全无机钙钛矿叠层太阳能电池的报道。

该团队采用对甲苯磺酰肼的配体演变策略制备了带隙为1.31 eV的无机窄带隙CsPb_0.4Sn_0.6I₃钙钛矿太阳能电池。配体演变策略实现了一箭三雕的作用，即：低温处理阶段对甲苯磺酰肼作为配体调控钙钛矿薄膜的结晶过程，高温处理时将薄膜中的Sn4⁺还原成Sn2⁺减少深能级陷阱态，同时对甲苯磺酰肼的生成产物对甲苯磺酸又可以作为新的配体钝化钙钛矿薄膜的缺陷态。带隙1.31 eV的CsPb_0.4Sn_0.6I₃钙钛矿太阳能电池获得了17.41%的破纪录效率。结合带隙为1.92 eV的CsPbI₂Br顶电池，首次成功构建了效率为22.57%（认证为21.92%）的2端全无机钙钛矿叠层太阳能电池。

全无机钙钛矿叠层电池的成功构建，有望在未来解决有机-无机杂化钙钛矿叠层太阳能电池光热稳定性差的问题。未来，该团队将针对减少无机宽带隙子电池的电压损耗、提高无机窄带隙子电池的稳定性以及减少复合层连接时的电压损耗，降本增效等开展进一步的研究。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-024-08432-7

主要作者简介

段程皓博士，本文第一作者，华南理工大学助理研究员。在华南理工大学获得博士学位（师从严克友教授），并先后在华南理工大学（合作导师严克友教授）和香港中文大学（合作导师路新慧教授）从事博士后研究。主要从事半导体功能纳米材料合成、无机钙钛矿太阳能电池以及叠层器件的研究，取得了一系列的研究成果。近五年在国际著名期刊上发表30多篇SCI期刊论文，包括Nature，Energy Environ. Sci.，Adv. Mater.，Angew. Chem.，Adv. Energy. Mater等。

严克友教授，本文通讯作者，海外高层次引进人才，环境与能源学院环境与能源融合教研所所长，发光材料与器件国家重点实验室成员，硕/博导。长期从事太阳能转化、储存和利用研究，在Nature，J. Am. Chem. Soc.，Energy Environ. Sci.，Adv. Mater.，Angew. Chem.，Adv. Energy. Mater等国际学术期刊发表学术论文150余篇，文章被引万余次，多次被学术媒体报道。主持海外高层次人才、广东省创新创业团队及青年拔尖项目等，获得教育部自然科学二等奖等。