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顶刊收割机 · 公众号 · · 2025-01-18 08:30

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研究背景

有机-无机卤化物钙钛矿（OIHP）太阳能电池因其优异的光电性能和低成本制造优势，近年来成为了研究热点。特别是钙钛矿材料的功率转换效率（PCE）已经超过26.1%，使其在光伏领域展现出巨大的应用潜力。然而，OIHP材料的离子特性和离子迁移导致其在光照、热量和湿气等环境因素下易于降解，这限制了其大规模应用。此外，聚晶钙钛矿薄膜表面和晶界的缺陷，以及外加电场下的离子迁移问题，增加了非辐射复合中心，降低了光伏性能和稳定性。这些挑战亟需解决。

为了解决这些问题，研究者们提出了一种利用低维钙钛矿（LDPs）作为界面层的策略，旨在提高三维钙钛矿太阳能电池的稳定性和效率。通过表面处理，低维钙钛矿可以有效钝化钙钛矿薄膜中的界面缺陷，进而改善电荷传输。然而，LDPs的形成机制以及其对器件性能的具体影响仍不明确，尤其是LDP取向、维度以及与钙钛矿晶格的相互作用等方面存在争议。

成果简介

针对这一问题， 厦门大学李澄、陈孟瑜、黄凯、张荣院士等人 携手在Science Advances期刊上发表了题为“Dimensional engineering of interlayer for efficient large-area perovskite solar cells with high stability under ISOS-L-3 aging test”的最新论文。

科学家们通过维度工程调控，成功实现了1D和2D低维钙钛矿结构在三维钙钛矿上的可控生长，并揭示了不同异构配体对电荷传输的影响。这些研究表明，1D结构能促进电荷传输并提高能级对齐，从而显著提高了钙钛矿太阳能模块的效率和稳定性。相关研究成果为低维钙钛矿的制备与应用提供了新的理论基础和技术路径。

研究亮点

1. 实验首次通过调节有机铵盐中三氟甲基（-CF3）基团的位置，实现了对低维钙钛矿（LDPs）结构的可控生长，并成功调控了1D和2D钙钛矿结构在三维钙钛矿表面的形成。得到了不同维度的LDP结构，分别表现出不同的电荷传输特性和能级对齐效果。

2. 实验通过调节异构配体的空间效应和静电势分布，研究了有机阳离子对钙钛矿八面体晶格的影响。得到了通过这种调控，可以有效调节LDPs的维度，从而优化钙钛矿太阳能模块的电荷传输和光伏性能。

3. 实验通过基于2,2′,7,7′-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9′-双芴的钙钛矿太阳能模块（PSMs）进行性能测试，得到了6×6 cm²的PSM实现了22.05%的功率转换效率（PCE），10×10 cm²的PSM实现了20.20%的PCE，表现出较大的面积下的高效率。

4. 实验通过在严格的ISOS-L-3加速老化测试下对PSMs进行稳定性测试，得到了6×6 cm²的PSM在1000小时后保持了约95%的初始效率，达到了n-i-p结构模块的最高稳定性记录。

图文解读

图 1. 维度工程机制及钝化示意图

图 2. LDP界层的晶体特征

图 3. 不同LDP界层钝化后的钙钛矿薄膜比较

图 4. 基于LDP界层的光伏器件光电性能

图 5. 基于1D界层的钙钛矿薄膜和器件的电学、光学和热稳定性

结论展望

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