王開&馬靜&劉生忠AEL：帶隙與晶體質量的協同提升實現高效穩定鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池

寬帶隙鈣鈦礦材料對疊層太陽能電池至關重要，但富Br軟晶格可能引發嚴重的離子聚集與遷移，顯著損害器件效率與穩定性。

基于理論研究發現Br?聚集會降低離子遷移能壘，上海大學馬靜、中國科學院大連化學物理研究所王開和劉生忠等人通過實驗證明將鈣鈦礦帶隙從1.68 eV精確調至1.65 eV可有效抑制Br?聚集，顯著提高離子遷移能壘并增強光穩定性，同時不影響疊層電池效率。此外，我們設計了兼具多重氫鍵供體和路易斯堿官能團的功能分子SPG，降低了Pb2?和I?在結晶過程中的擴散系數，優化了結晶動力學并緩解了殘余應力。由此，晶體質量提升的鈣鈦礦薄膜表現出更高的離子遷移能壘和增強的界面載流子提取能力。這些協同效應使單結鈣鈦礦太陽能電池效率高達23.24%，單片鈣鈦礦/硅疊層電池效率達30.16%，并在熱、濕、光應力下展現出優異的穩定性。本研究為克服寬帶隙鈣鈦礦的固有局限提供了重要見解，并為結晶動力學的理性調控提供了指導。

研究亮點：

1. 帶隙微調抑制Br?聚集：將鈣鈦礦帶隙從1.68 eV降至1.65 eV，有效抑制Br?聚集，提高離子遷移能壘，顯著增強光穩定性，且不影響疊層電池性能。

2. 多功能分子SPG協同調控結晶與缺陷：SPG分子通過氫鍵與路易斯堿基團協同作用，降低Pb2?與I?擴散系數，優化結晶動力學，提升晶體質量并抑制缺陷形成。

3. 高效率與高穩定性兼備：單結鈣鈦礦電池效率達23.24%，鈣鈦礦/硅疊層電池效率突破30.16%，并在高溫、高濕與光照條件下表現出卓越的長期穩定性。

Synergistic Improvement of Bandgap and Crystal Quality for Highly Efficient and Stable Perovskite/Silicon Tandem Solar Cells

Xinrui Dong, Bita Farhadi, Kai Wang, Lu Liu, Shulin Wang, Shiqi Rong, Jiawei Wang, Zefeng Zhuang, Siyi Jiang, Qingshun Dong, Zhe Yan, Jilei Wang, Shaojuan Bao, Hanying Wang, Jing Ma, and Shengzhong Frank Liu

ACS Energy Letters 0, 10

DOI: 10.1021/acsenergylett.5c03056

https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsenergylett.5c03056

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