Fluolab
Search K

切换日光/暗黑模式

【Nat. Mater.】突破性进展：全钙钛矿串联太阳能电池效率超过 29% ​

简介 ​

本文介绍了一种新型全钙钛矿串联太阳能电池，通过改进宽带隙钙钛矿的 (100) 取向，实现了超过 29%的效率。这一进展有望突破单结太阳能电池的效率极限。

摘要 ​

全钙钛矿串联太阳能电池因其潜在的高效率而备受关注。然而，宽带隙钙钛矿子电池的开路电压损失限制了其效率提升。本文通过在钙钛矿薄膜表面引入二维钙钛矿中间相，促进了 (100) 取向的异质成核，从而抑制了非辐射复合。最终实现了 1.78 eV 宽带隙钙钛矿太阳能电池的开路电压达到 1.373 V，填充因子为 84.7%，全钙钛矿串联太阳能电池的认证效率为 29.1%。

image.png

研究细节 ​

  • 研究中，作者开发了具有改进 (100) 晶体取向的宽带隙钙钛矿薄膜。
  • 通过在薄膜表面引入二维钙钛矿中间相，促进了 (100) 三维钙钛矿晶面的异质成核。

image.png

  • 表面成分工程增加二维相的数量，实现了 (100) 取向的优先化，而无需过多的二维配体。
  • 实验表明，使用标准有机间隔物 PEAI 预混合前驱体溶液可以增强沿[100]方向的晶体生长，但不会改变成核过程。

image.png

  • 通过在液/气界面引入 PEAI，生成了二维模板，促进了 (100) 取向晶体的垂直堆叠。
  • 最终，通过表面成分工程实现了具有改进 (100) 取向的宽带隙钙钛矿，抑制了非辐射复合。

image.png

  • 获得了 1.78 eV 带隙的钙钛矿太阳能电池的开路电压为 1.373 V，串联器件的开路电压为 2.211 V，认证的准稳态光电转换效率为 29.1%。

结果讨论 ​

研究结果表明，通过表面成分工程和二维模板的引入，可以显著提高宽带隙钙钛矿薄膜的 (100) 取向，从而抑制非辐射复合，提升太阳能电池的效率。实验中，使用 PEAI 作为直接添加剂和溶液过程添加剂的方法均显示出不同程度的 (100) 取向增强效果。特别是混合溶液过程添加剂 (M-SPA) 方法，通过在抗溶剂中引入 MAI 和 PEAI 的混合物，显著提高了 (100) 取向的优先化，最终实现了高效的宽带隙钙钛矿太阳能电池。研究还表明，M-SPA 方法在不同带隙的钙钛矿太阳能电池中均表现出良好的适应性和效果，为未来全钙钛矿串联太阳能电池的应用提供了重要的技术支持。

参考文献 ​

Liu, Z.; Lin, R.; Wei, M.; Yin, M.; Wu, P.; Li, M.; Li, L.; Wang, Y.; Chen, G.; Carnevali, V.; Agosta, L.; Slama, V.; Lempesis, N.; Wang, Z.; Wang, M.; Deng, Y.; Luo, H.; Gao, H.; Rothlisberger, U.; Zakeeruddin, S. M.; Luo, X.; Liu, Y.; Grätzel, M.; Tan, H. All-Perovskite Tandem Solar Cells Achieving >29% Efficiency with Improved (100) Orientation in Wide-Bandgap Perovskites. Nat. Mater. 2025. https://doi.org/10.1038/s41563-024-02073-x.