近日,英国牛津大学 Snaith 教授、胡帅峰博士与日本京都大学 Wakamiya 教授(共同通讯作者)的研究团队取得重大突破。在光伏领域,串联光伏电池(PV)因热损失小,太阳能光电转换效率更高,而钙钛矿材料凭借带隙可调性在单片集成多结电池方面优势显著,成为研究热点。此前,全钙钛矿双结和多结电池受 Sn(II)易氧化及结晶动力学难控等问题限制,虽已用添加剂或非氧化溶剂抑制 Sn(II)氧化及表面修饰提升性能,但前驱体溶液化学相关研究较少。
此次研究发现,Sn(II)与前驱体和添加剂相互作用中起主导,羧酸能调节溶液胶体与薄膜结晶,铵盐可提升薄膜光电性能,二者结合的氨基酸盐材料大幅改善钙钛矿薄膜的半导体质量和均匀性。团队通过深入研究 Sn-Pb 钙钛矿前驱体溶液化学性质,揭示氨基酸盐在多方面独特作用。其结合羧酸和铵盐优势,使制备的单结、双结和三结钙钛矿太阳能电池,分别达到 23.9%、29.7% 和 28.7% 的光电转换效率(最高认证效率 29.26%),远超单独使用各功能基团效果。
该成果为优化前驱体溶液、精准控制钙钛矿薄膜制备工艺开辟新路径,有望进一步提升光伏器件性能,加速其实际应用进程,为全球太阳能利用带来新希望,在新能源发展进程中具有里程碑意义。