|
 |
图 两性离子缓冲剂用于（A）与钙钛矿形成相互作用、（B）大面积钙钛矿薄膜的均匀性提升、（C）全钙钛矿叠层光伏组件的性能提升
在国家自然科学基金项目（批准号：T2325016、U21A2076、61974063）等资助下，南京大学谭海仁教授课题组刷新了全钙钛矿叠层太阳能组件的世界纪录效率，在大面积全钙钛矿叠层组件制备研究领域取得新进展（图）。相关研究成果以“钙钛矿叠层太阳能组件的均匀结晶和埋底界面钝化（Homogeneous crystallization and buried interface passivation for perovskite tandem solar modules）”为题，于2024年2月23日发表在《科学》（Science）杂志上，论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adj6088。
全钙钛矿叠层太阳能电池兼备效率高和成本低的突出优势，是下一代重要的新型高效率光伏技术，其可量产化的大面积制备是钙钛矿叠层电池产业化进程中的重要挑战。宽带隙钙钛矿顶电池、窄带隙钙钛矿底电池和隧穿结是构筑全钙钛矿叠层电池的三个核心部分，已有研究成功实现了大面积宽带隙钙钛矿薄膜的均匀化制备，如何实现高质量窄带隙钙钛矿薄膜的均匀沉积成为限制大面积组件性能提升的关键问题。
研究团队通过向前驱体溶液中加入一种多功能的两性离子缓冲剂-甘氨酰胺盐酸盐，抑制钙钛矿结晶过程中的溶剂挥发并延缓钙钛矿的结晶速率，大幅延长了钙钛矿薄膜大面积成膜的制备窗口时间，实现了铅锡钙钛矿薄膜的大面积、均匀化制备。同时，甘氨酰胺盐酸盐在前驱体溶液中的高溶解度可以诱导其自发聚集在钙钛矿薄膜的底部界面处，减少底部界面处的缺陷密度，大幅提升钙钛矿薄膜的载流子寿命，成功制备了光电转换效率为21.4%的铅锡窄带隙单结钙钛矿电池。结合高效率宽带隙子电池和组件激光划刻技术，构筑的高效率大面积全钙钛矿叠层组件效率高达24.9%，经国际权威机构JET第三方认证的稳态光电转换效率为24.5%，是目前大面积钙钛矿电池组件的最高光电转换效率，相关结果已被收录到太阳能电池世界纪录效率表《Solar cell efficiency tables》中。上述工作展现出全钙钛矿叠层电池领域内半导体物理学、材料制备工艺学、分析化学等学科的交叉与融合，为全钙钛矿叠层电池的量产和商业化应用奠定了技术基础。