Nature發刊！這家大學團隊實現鈣鈦礦太陽能電池重大突破

鈣鈦礦光伏電池穩定性重大突破，Nature剛剛刊發學校科研團隊成果，華南理工大學為第一完成單位。

華南理工大學嚴克友教授團隊針對鈣鈦礦電池光熱穩定性差的行業難題，利用綠色配體演變策略，調控全無機窄帶隙鈣鈦礦薄膜的成核結晶，成功制備了全球首個2端全無機鈣鈦礦疊層電池，85 ℃光熱穩定性老化測試表現良好。相關成果以“Durable all Inorganic perovskite tandem photovoltaics”為題發表在Nature上。

段程皓博士為本文第一作者，嚴克友教授為唯一通訊作者，華南理工大學為第一完成單位，論文合作者包括德國Christoph J. Brabec教授，瑞典林雪平大學高峰、王鋒教授，香港中文大學路新慧教授，國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劃、國家自然科學基金，廣東省創新創業團隊及青年拔尖人才計劃、興華人才計劃的基金的大力支持。

用無機陽離子（如Cs⁺）取代有機陽離子（如甲銨基（MA⁺）和甲脒（FA⁺））制備的全無機鈣鈦礦是提高鈣鈦礦太陽能電池長期光穩定性和熱穩定性的有效途徑。同時，為了實現更高的光伏效率，實現由多個帶隙子電池組成的疊層太陽能電池是一種可行的方法。無機鉛鈣鈦礦的固有帶隙（1.7-2.3 eV）適合作為疊層太陽能電池的寬帶隙頂電池。利用Pb-Sn混合制備的無機鈣鈦礦可將帶隙縮小到1.25?1.40 eV，適用于疊層太陽能電池的窄帶隙底電池。因此，全無機鈣鈦礦疊層太陽能電池有望打破效率瓶頸，并解決鈣鈦礦電池光熱穩定性差的問題。然而，錫離子誘導的較差薄膜形貌和深陷阱態，無機窄帶隙鈣鈦礦太陽能電池的效率較低，導致目前還沒有關于2端全無機鈣鈦礦疊層太陽能電池的報道。

該團隊采用對甲苯磺酰肼的配體演變策略制備了帶隙為1.31 eV的無機窄帶隙CsPb_0.4Sn_0.6I₃鈣鈦礦太陽能電池。配體演變策略實現了一箭三雕的作用，即：低溫處理階段對甲苯磺酰肼作為配體調控鈣鈦礦薄膜的結晶過程，高溫處理時將薄膜中的Sn4⁺還原成Sn2⁺減少深能級陷阱態，同時對甲苯磺酰肼的生成產物對甲苯磺酸又可以作為新的配體鈍化鈣鈦礦薄膜的缺陷態。帶隙1.31 eV的CsPb_0.4Sn_0.6I₃鈣鈦礦太陽能電池獲得了17.41%的破紀錄效率。結合帶隙為1.92 eV的CsPbI₂Br頂電池，首次成功構建了效率為22.57%（認證為21.92%）的2端全無機鈣鈦礦疊層太陽能電池。

全無機鈣鈦礦疊層電池的成功構建，有望在未來解決有機-無機雜化鈣鈦礦疊層太陽能電池光熱穩定性差的問題。未來，該團隊將針對減少無機寬帶隙子電池的電壓損耗、提高無機窄帶隙子電池的穩定性以及減少復合層連接時的電壓損耗，降本增效等開展進一步的研究。

論文鏈接：

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

主要作者簡介

段程皓博士，本文第一作者，華南理工大學助理研究員。在華南理工大學獲得博士學位（師從嚴克友教授），并先后在華南理工大學（合作導師嚴克友教授）和香港中文大學（合作導師路新慧教授）從事博士后研究。主要從事半導體功能納米材料合成、無機鈣鈦礦太陽能電池以及疊層器件的研究，取得了一系列的研究成果。近五年在國際著名期刊上發表30多篇SCI期刊論文，包括Nature，Energy Environ. Sci.，Adv. Mater.，Angew. Chem.，Adv. Energy. Mater等。

嚴克友教授，本文通訊作者，海外高層次引進人才，環境與能源學院環境與能源融合教研所所長，發光材料與器件國家重點實驗室成員，碩/博導。長期從事太陽能轉化、儲存和利用研究，在Nature，J. Am. Chem. Soc.，Energy Environ. Sci.，Adv. Mater.，Angew. Chem.，Adv. Energy. Mater等國際學術期刊發表學術論文150余篇，文章被引萬余次，多次被學術媒體報道。主持海外高層次人才、廣東省創新創業團隊及青年拔尖項目等，獲得教育部自然科學二等獎等。