中國科學院寧波材料技術(shù)與工程研究所研究員葛子義和劉暢等人在前期鈣鈦礦太陽能電池研究的基礎(chǔ)上，提出了一套適配于膠體前驅(qū)體制備的羧酸根調(diào)控體系。該成果近日發(fā)表于《焦耳》。
全鈣鈦礦疊層太陽能電池融合了寬帶隙（WBG，1.7-1.8 eV）與窄帶隙（NBG，1.2-1.3 eV）鈣鈦礦材料的優(yōu)勢，通過合理堆疊不同帶隙的鈣鈦礦材料可以實現(xiàn)太陽光譜的充分利用，在新一代光伏器件中極具應用潛力。
但其實際應用仍面臨關(guān)鍵瓶頸，其根源在于膠體層面的核心問題：兩類子電池膠體前驅(qū)體結(jié)晶動力學不匹配，溴基配合物溶解度低、配位劑對金屬離子結(jié)合能力不均導致膠體體系不穩(wěn)定，界面存在低配位金屬離子，且光照會加劇溴/碘不可逆分離，進而引發(fā)相分離與缺陷累積，制約器件性能與穩(wěn)定性。
為了解決這一問題，科研人員采用梯度分布的羧酸根陰離子—酒石酸根（Ta-）與檸檬酸根（Cit-），對兩類子電池的成核動力學實現(xiàn)精準調(diào)控。
其中，Ta-可穩(wěn)定寬帶隙膠體中的Pb2+配位結(jié)構(gòu)，抑制WBG鈣鈦礦相分離并促進晶體均勻生長；而Cit-則能優(yōu)化NBG鈣鈦礦膠體中的Sn-I鍵合，鈍化Sn2+缺陷并提升電荷傳輸性能。膽堿陽離子可與上述調(diào)控劑進一步協(xié)同作用，鈍化晶體—膠體界面處低配位的金屬離子，從而構(gòu)筑穩(wěn)定的強固化基體。
基于該雙重調(diào)控策略，所制備的全鈣鈦礦疊層電池光電轉(zhuǎn)換效率達到29.76%（認證效率29.22%），在最大功率點下運行700小時仍保持初始效率的90.2%。同時，最佳1cm2面積疊層電池效率達到28.87%，凸顯了該膠體化學策略的規(guī)�；瘧脻摿�。
該工作為多結(jié)器件結(jié)晶過程的協(xié)同調(diào)控提供了通用方法，為實現(xiàn)高效、穩(wěn)定的全鈣鈦礦疊層太陽能電池提供了重要的材料與方法學支撐。
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