陳永勝院士&劉永勝Nat. Photon.：鈣鈦礦太陽(yáng)能電池埋底界面自發(fā)形成二維鈣鈦礦提升結(jié)晶均勻性與缺陷鈍化

實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦薄膜在頂面和埋底界面均勻結(jié)晶是釋放其光伏潛力的關(guān)鍵，但目前仍是一個(gè)未解決的難題。埋底界面尤其存在結(jié)晶質(zhì)量差、缺陷密度高等問(wèn)題。

本研究南開(kāi)大學(xué)陳永勝和劉永勝等人提出一種一步法策略，通過(guò)在鈣鈦礦前驅(qū)體溶液中引入有機(jī)陽(yáng)離子鹵化物鹽，誘導(dǎo)在埋底界面自發(fā)形成近相純二維鈣鈦礦。單晶結(jié)構(gòu)分析揭示了分子工程在促進(jìn)埋底二維鈣鈦礦相形成中的關(guān)鍵作用。有機(jī)間隔層的低偶極矩和平面剛性結(jié)構(gòu)促使其在鈣鈦礦晶界聚集并遷移至薄膜底部界面。

該二維鈣鈦礦層同時(shí)促進(jìn)了埋底界面的均勻結(jié)晶和高效缺陷鈍化，實(shí)現(xiàn)了26.31%的光電轉(zhuǎn)換效率（認(rèn)證效率26.02%）。未封裝器件在連續(xù)光照1000小時(shí)后仍保持95%的初始效率。

研究亮點(diǎn)：

1. 一步法誘導(dǎo)埋底二維鈣鈦礦自發(fā)形成：通過(guò)分子設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)有機(jī)間隔層在結(jié)晶過(guò)程中自主下沉至埋底界面，構(gòu)建近相純二維鈣鈦礦層，同步調(diào)控結(jié)晶與鈍化。

2. 實(shí)現(xiàn)全膜層結(jié)晶均勻性：顯著改善了傳統(tǒng)鈣鈦礦薄膜頂-底結(jié)晶不均的問(wèn)題，提升晶體質(zhì)量與載流子壽命，增強(qiáng)器件性能與穩(wěn)定性。

3. 高效率與高穩(wěn)定性兼?zhèn)?/strong>：n-i-p型器件效率突破26.31%，大面積器件（1.0 cm2）效率達(dá)24.16%，并在未封裝條件下實(shí)現(xiàn)千小時(shí)光照下95%的效能保持率。

Gao, Y., Liu, H., Song, Z. et al. Spontaneous 2D perovskite formation at the buried interface of perovskite solar cells enhances crystallization uniformity and defect passivation. Nat. Photon. (2025).

https://doi.org/10.1038/s41566-025-01797-9

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