近日，華南理工大學(xué)嚴(yán)克友教授團(tuán)隊(duì)在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池領(lǐng)域取得了重大突破，成功制備了全球首個(gè)2端全無(wú)機(jī)鈣鈦礦疊層電池，并發(fā)表了題為“Durable all Inorganic perovskite tandem photovoltaics”的研究成果于Nature期刊上。

針對(duì)鈣鈦礦電池光熱穩(wěn)定性差的行業(yè)難題，嚴(yán)克友教授團(tuán)隊(duì)采用了綠色配體演變策略，成功調(diào)控了全無(wú)機(jī)窄帶隙鈣鈦礦薄膜的成核結(jié)晶過(guò)程。通過(guò)這一創(chuàng)新方法，團(tuán)隊(duì)不僅解決了錫離子誘導(dǎo)的薄膜形貌差和深陷阱態(tài)問(wèn)題，還實(shí)現(xiàn)了無(wú)機(jī)窄帶隙鈣鈦礦太陽(yáng)能電池效率的大幅提升。

具體而言，團(tuán)隊(duì)利用對(duì)甲苯磺酰肼的配體演變策略，制備了帶隙為1.31 eV的無(wú)機(jī)窄帶隙CsPb0.4Sn0.6I3鈣鈦礦太陽(yáng)能電池。這一策略在低溫處理階段調(diào)控了鈣鈦礦薄膜的結(jié)晶過(guò)程，同時(shí)在高溫處理時(shí)將薄膜中的Sn4+還原成Sn2+，減少了深能級(jí)陷阱態(tài)。此外，對(duì)甲苯磺酰肼的生成產(chǎn)物對(duì)甲苯磺酸又作為新的配體，鈍化了鈣鈦礦薄膜的缺陷態(tài)。這一系列創(chuàng)新舉措使得CsPb0.4Sn0.6I3鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的效率達(dá)到了17.41%的破紀(jì)錄水平。

在此基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)結(jié)合帶隙為1.92 eV的CsPbI2Br頂電池，成功構(gòu)建了效率為22.57%(認(rèn)證為21.92%)的2端全無(wú)機(jī)鈣鈦礦疊層太陽(yáng)能電池。這一成果不僅打破了鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的效率瓶頸，還解決了光熱穩(wěn)定性差的問(wèn)題，為鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的商業(yè)化應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

此次研究得到了海外高層次人才計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、廣東省創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)及青年拔尖人才計(jì)劃、興華人才計(jì)劃等多項(xiàng)基金的的大力支持。論文第一作者為段程皓博士，嚴(yán)克友教授為唯一通訊作者，華南理工大學(xué)為第一完成單位。此外，德國(guó)Christoph J. Brabec教授、瑞典林雪平大學(xué)高峰和王鋒教授、香港中文大學(xué)路新慧教授以及國(guó)家納米中心丁黎明研究員等也參與了此次研究。

未來(lái)，嚴(yán)克友教授團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)針對(duì)減少無(wú)機(jī)寬帶隙子電池的電壓損耗、提高無(wú)機(jī)窄帶隙子電池的穩(wěn)定性以及減少?gòu)?fù)合層連接時(shí)的電壓損耗等問(wèn)題開(kāi)展進(jìn)一步的研究，以期降本增效，推動(dòng)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步。