西工大&深圳**院AM：基于硒化鉛納米晶體的異質(zhì)外延生長(zhǎng)助力實(shí)現(xiàn)高穩(wěn)定性寬帶隙PSCs

主要內(nèi)容：

西北工業(yè)大學(xué)王洪強(qiáng)教授、劉哲教授，以及中國(guó)科學(xué)院深圳**技術(shù)研究院李偉民教授帶領(lǐng)其科研團(tuán)隊(duì)，針對(duì)鈣鈦礦基疊層太陽(yáng)能電池領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸展開(kāi)了深入探索。鈣鈦礦基疊層太陽(yáng)能電池被視為實(shí)現(xiàn)高效太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換**潛力的技術(shù)路徑，然而，混合鹵化物鈣鈦礦頂電池在持續(xù)光照條件下易發(fā)生相分離現(xiàn)象，這會(huì)導(dǎo)致疊層器件整體功率輸出急劇下降，嚴(yán)重制約了其商業(yè)化應(yīng)用進(jìn)程。

為攻克這一難題，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出將無(wú)配體硒化鉛（PbSe）納米晶體引入前驅(qū)體溶液，以此促進(jìn)混合鹵化物鈣鈦礦的異質(zhì)外延生長(zhǎng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，PbSe的引入顯著提升了鈣鈦礦薄膜的質(zhì)量，使得薄膜均勻性大幅提升且缺陷密度大幅降低，從而有效抑制了鹵化物相分離現(xiàn)象的發(fā)生。

基于這種經(jīng)過(guò)優(yōu)化的鈣鈦礦薄膜，研究團(tuán)隊(duì)成功制備出寬帶隙（1.68 eV）的鈣鈦礦Cs?.??(FA?.??MA?.??)?.??Pb(I?.??Br?.??)? p-i-n型器件。該器件在性能測(cè)試中表現(xiàn)出色，功率轉(zhuǎn)換效率（PCE）高達(dá)22.87%，填充因子（FF）達(dá)到84.79%。尤為值得一提的是，在1個(gè)太陽(yáng)光強(qiáng)度的持續(xù)光照下進(jìn)行**功率點(diǎn)（MPP）跟蹤1000小時(shí)后，該鈣鈦礦太陽(yáng)能電池仍能保持其初始效率的88%，充分證明了其優(yōu)異的光穩(wěn)定性。

此外，研究團(tuán)隊(duì)還進(jìn)一步拓展了實(shí)驗(yàn)研究范疇，通過(guò)將半透明的鈣鈦礦電池與銅銦鎵硒（CIGS）太陽(yáng)能電池進(jìn)行機(jī)械堆疊，成功構(gòu)建出四端（4T）鈣鈦礦-銅銦鎵硒疊層電池。這種創(chuàng)新結(jié)構(gòu)的疊層電池展現(xiàn)出了高達(dá)28.24%的光電轉(zhuǎn)換效率，為疊層太陽(yáng)能電池的性能提升開(kāi)辟了新的途徑。

在研究過(guò)程中，團(tuán)隊(duì)采用液相脈沖激光燒蝕（LPPL）工藝精心制備了硒化鉛（PbSe）納米晶體，并將其精準(zhǔn)摻入鈣鈦礦薄膜中。通過(guò)異質(zhì)外延生長(zhǎng)技術(shù)，團(tuán)隊(duì)成功獲得了低缺陷密度且均勻性**的薄膜，這一成果為抑制鹵化物相分離、提升器件性能提供了有力支撐。

本研究不僅深入揭示了亞穩(wěn)態(tài)納米晶體在結(jié)晶過(guò)程中對(duì)鉛-鹵化物八面體結(jié)構(gòu)的調(diào)控潛力，顯著抑制了光誘導(dǎo)的相分離現(xiàn)象，還展示了PbSe納米晶體的嵌入以及異質(zhì)外延生長(zhǎng)方法在提升疊層太陽(yáng)能電池光穩(wěn)定性方面的巨大應(yīng)用前景。這一研究成果為鈣鈦礦基疊層太陽(yáng)能電池的進(jìn)一步發(fā)展提供了重要的理論依據(jù)和技術(shù)支撐，有望推動(dòng)該領(lǐng)域取得更加突破性的進(jìn)展。

文獻(xiàn)信息：

Heteroepitaxy with PbSe Nanocrystals Enables Highly Stable Wide-Bandgap Perovskite Solar Cells

Yuhui Jiang, Pengfei Guo, Ruihao Chen, Liming Du, Xingchao Shao, Xiuhai Zhang, Yu Zheng, Ning Jia, Zhiyu Fang, Luyao Ma, Xu Zhang, Zhen Li, Chunlei Yang, Yi Hou, Fen Lin, Weimin Li, Zhe Liu, Hongqiang Wang

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202501312

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