華南理工大學(xué)嚴(yán)克友教授團(tuán)隊(duì)針對(duì)鈣鈦礦電池光熱穩(wěn)定性差的行業(yè)難題，利用綠色配體演變策略，調(diào)控全無(wú)機(jī)窄帶隙鈣鈦礦薄膜的成核結(jié)晶，成功制備了全球首個(gè)2端全無(wú)機(jī)鈣鈦礦疊層電池，85 ℃光熱穩(wěn)定性老化測(cè)試表現(xiàn)良好。相關(guān)成果以“Durable all Inorganic perovskite tandem photovoltaics”為題發(fā)表在Nature上。

　　段程皓博士為本文第一作者，嚴(yán)克友教授為唯一通訊作者，華南理工大學(xué)為第一完成單位，論文合作者包括德國(guó)Christoph J. Brabec教授，瑞典林雪平大學(xué)高峰、王鋒教授，香港中文大學(xué)路新慧教授，國(guó)家納米中心丁黎明研究員等。該工作得到了海外高層次人才計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金，廣東省創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)及青年拔尖人才計(jì)劃、興華人才計(jì)劃的基金的大力支持。

　　用無(wú)機(jī)陽(yáng)離子(如Cs+)取代有機(jī)陽(yáng)離子(如甲銨基(MA+)和甲脒(FA+))制備的全無(wú)機(jī)鈣鈦礦是提高鈣鈦礦太陽(yáng)能電池長(zhǎng)期光穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性的有效途徑。同時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)更高的光伏效率，實(shí)現(xiàn)由多個(gè)帶隙子電池組成的疊層太陽(yáng)能電池是一種可行的方法。無(wú)機(jī)鉛鈣鈦礦的固有帶隙(1.7-2.3 eV)適合作為疊層太陽(yáng)能電池的寬帶隙頂電池。利用Pb-Sn混合制備的無(wú)機(jī)鈣鈦礦可將帶隙縮小到1.25?1.40 eV，適用于疊層太陽(yáng)能電池的窄帶隙底電池。因此，全無(wú)機(jī)鈣鈦礦疊層太陽(yáng)能電池有望打破效率瓶頸，并解決鈣鈦礦電池光熱穩(wěn)定性差的問(wèn)題。然而，錫離子誘導(dǎo)的較差薄膜形貌和深陷阱態(tài)，無(wú)機(jī)窄帶隙鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的效率較低，導(dǎo)致目前還沒(méi)有關(guān)于2端全無(wú)機(jī)鈣鈦礦疊層太陽(yáng)能電池的報(bào)道。

　　該團(tuán)隊(duì)采用對(duì)甲苯磺酰肼的配體演變策略制備了帶隙為1.31 eV的無(wú)機(jī)窄帶隙CsPb0.4Sn0.6I3鈣鈦礦太陽(yáng)能電池。配體演變策略實(shí)現(xiàn)了一箭三雕的作用，即：低溫處理階段對(duì)甲苯磺酰肼作為配體調(diào)控鈣鈦礦薄膜的結(jié)晶過(guò)程，高溫處理時(shí)將薄膜中的Sn4+還原成Sn2+減少深能級(jí)陷阱態(tài)，同時(shí)對(duì)甲苯磺酰肼的生成產(chǎn)物對(duì)甲苯磺酸又可以作為新的配體鈍化鈣鈦礦薄膜的缺陷態(tài)。帶隙1.31 eV的CsPb0.4Sn0.6I3鈣鈦礦太陽(yáng)能電池獲得了17.41%的破紀(jì)錄效率。結(jié)合帶隙為1.92 eV的CsPbI2Br頂電池，首次成功構(gòu)建了效率為22.57%(認(rèn)證為21.92%)的2端全無(wú)機(jī)鈣鈦礦疊層太陽(yáng)能電池。

　　全無(wú)機(jī)鈣鈦礦疊層電池的成功構(gòu)建，有望在未來(lái)解決有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦疊層太陽(yáng)能電池光熱穩(wěn)定性差的問(wèn)題。未來(lái)，該團(tuán)隊(duì)將針對(duì)減少無(wú)機(jī)寬帶隙子電池的電壓損耗、提高無(wú)機(jī)窄帶隙子電池的穩(wěn)定性以及減少?gòu)?fù)合層連接時(shí)的電壓損耗，降本增效等開展進(jìn)一步的研究。

　　論文鏈接：

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