重磅！李永舫院士背靠背Nature

知光谷 · 公众号 · · 2024-10-15 09:10

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近年来，钙钛矿已被广泛应用于串联式单片叠层太阳能电池（TSCs）中，以突破单结太阳能电池所受的肖克利-奎伊瑟（Shockley–Queisser）极限。钙钛矿/有机叠层太阳能电池由宽带隙（WBG）钙钛矿太阳能电池（pero-SC）作为前电池和窄带隙有机太阳能电池（OSC）作为后电池组成，因具有良好的稳定性和潜在的高功率转换效率（PCE）而备受关注。然而，WBG钙钛矿太阳能电池通常表现出比常规钙钛矿太阳能电池更高的电压损失，这限制了叠层太阳能电池的性能。其中一个主要障碍来自钙钛矿/C60界面的界面复合，因此开发有效的表面钝化策略以提高钙钛矿/有机叠层太阳能电池的PCE至关重要。

中科院化学所李永舫&孟磊&波茨坦大学Felix Lang研究团队开发了一种新的表面钝化剂——环己烷1,4-二碘二铵（CyDAI 2 ），它天然包含两种异构结构，铵基位于己烷环的同侧或异侧（分别表示为顺式CyDAI 2 和反式CyDAI 2 ），这两种异构体表现出完全不同的表面相互作用行为。顺式CyDAI2钝化处理减少了带隙为1.88 eV的WBG钙钛矿太阳能电池的准费米能级分裂（QFLS）与开路电压（Voc）之间的不匹配，并将其Voc提升至1.36 V。将经顺式CyDAI2处理的钙钛矿与带隙为1.24 eV的窄带隙有机活性层相结合，所构建的单片钙钛矿/有机叠层太阳能电池表现出26.4%的PCE（经认证为25.7%）。

Jiang, X., Qin, S., Meng, L. et al. Isomeric diammonium passivation for perovskite–organic tandem solar cells. Nature (2024).

https://doi.org/10.1038/s41586-024-08160-y

在过去十年中，钙钛矿太阳能电池（pero-SCs）经历了快速发展。然而，目前仍缺乏系统性研究来探讨用于硅太阳能电池工作寿命评估的经验规则是否适用于钙钛矿太阳能电池。人们普遍认为，由于报道的暗态自修复效应，钙钛矿太阳能电池在日夜循环条件下表现出更高的稳定性。

然而， 苏州大学李耀文&张晓宏&林雪平大学高峰研究团队 发现高效FAPbI3钙钛矿太阳能电池在自然日夜循环模式下的降解实际上要快得多，这质疑了被广泛接受的基于连续模式测试来估算钙钛矿太阳能电池运行寿命的方法。研究团队揭示，关键因素在于钙钛矿在工作过程中因热胀冷缩而产生的晶格应变，这种效应在连续光照模式下会逐渐松弛，但在循环模式下会同步循环。循环模式下的周期性晶格应变导致操作期间深陷阱积累和化学降解，降低了离子迁移势，从而缩短了器件寿命。研究团队引入了苯硒氯（Ph-Se-Cl）来调节钙钛矿在日夜循环期间的晶格应变，经过改性后，器件的认证效率达到了26.3%，且在循环模式下的T80寿命提高了10倍。