近日,南京大学现代工程与应用科学学院谭海仁教授课题组在全钙钛矿叠层太阳电池领域取得新突破。经国际第三方权威认证机构测试,面积为1.05 cm²的全钙钛矿叠层太阳电池稳态光电转换效率高达28.2%,刷新了该尺度全钙钛矿叠层太阳电池的世界纪录效率,进一步推动了全钙钛矿叠层太阳电池的产业化进程。相关研究成果于2024年10月14日以《Homogenized contact in all-perovskite tandems using tailored 2D perovskite》为题,发表于Nature期刊。
南京大学、吉林大学、剑桥大学为该论文的通讯单位,南京大学2019级直博生王玉瑞、林仁兴助理教授、2021级直博生刘陈帅宇、吉林大学博士生王啸宇、剑桥大学博士生Cullen Chosy为论文的共同第一作者,南京大学谭海仁教授、吉林大学张立军教授、剑桥大学Samuel D. Stranks教授为共同通讯作者。
为实现“双碳”战略目标,加快建设新型低碳清洁能源体系,国家能源局、科学技术部联合印发《“十四五”能源领域科技创新规划》明确指出需要大力开展钙钛矿/钙钛矿(简称“全钙钛矿”)高效叠层电池制备及产业化生产技术研究。谭海仁教授课题组一直致力于新型全钙钛矿叠层电池技术的研究,近年来,团队在小面积全钙钛矿叠层太阳电池中接连取得突破,先后实现24.8%(Nature energy 864, 4, 2019)、26.4%(Nature 603, 73, 2022)与28.0%(Nature 620, 994, 2023)的认证纪录效率。
然而,大面积全钙钛矿叠层太阳电池的光电转换效率与小面积叠层电池仍有较大差距,制约了钙钛矿叠层电池的产业化进程。功能层的不均匀成膜是限制大面积全钙钛矿叠层电池性能提升的重要因素。目前,优化空穴传输层和调控钙钛矿体结晶是提升大面积成膜均匀性的常规策略。然而,团队在前期实验中发现,在充分优化空穴传输层和钙钛矿体相后,大面积器件与小面积器件之间的性能差距仍然较大,这意味着后续沉积的电子传输层(C₆₀)可能为器件引入了新的不均匀性(如图1a所示)。