华南理工大学教授严克友团队与合作者针对钙钛矿电池光热稳定性差的行业难题，利用绿色配体演变策略，调控全无机窄带隙钙钛矿薄膜的成核结晶，成功制备出全球首个2端全无机钙钛矿叠层电池。相关论文近日发表于《自然》。
用无机阳离子取代有机阳离子制备的全无机钙钛矿，是提高钙钛矿太阳能电池长期光稳定性和热稳定性的有效途径。同时，为实现更高的光伏效率，制备由多个带隙子电池组成的叠层太阳能电池是一种可行的方法。无机铅钙钛矿的固有带隙（1.7至2.3 eV）适合作为叠层太阳能电池的宽带隙顶电池。
论文第一作者、华南理工大学的段程皓表示，利用Pb-Sn混合制备的无机钙钛矿可将带隙缩小到1.25至1.40 eV，适用于叠层太阳能电池的窄带隙底电池。因此，全无机钙钛矿叠层太阳能电池有望打破效率瓶颈，并解决钙钛矿电池光热稳定性差的问题。然而，锡离子诱导的较差薄膜形貌和深陷阱态，造成无机窄带隙钙钛矿太阳能电池的效率较低，导致目前还没有关于2端全无机钙钛矿叠层太阳能电池的报道。
优化后的2T IPTSC的PV和稳定性。(a)2T IPTSC结构示意图。(b) 2T器件的SEM截面图。(c) 2T TSC与NBG和WBG单结太阳能电池的典型J-V特性。(d) 2T叠层器件中单个子单元的IPCE光谱；2T IPTSC的内量子效率（IQE）和反射光谱。反射损耗为3.64 mA/cm2，寄生吸收损耗为6.74 mA/cm2。(e) 2T IPTSC PCE的稳态测量。(f)降解率的自然对数和相应装置的1/kBT。采用线性拟合得到相应器件的Ea。(g) IPTSC在65°C和85°C的N2手套箱中连续1个太阳下的运行稳定性。
该团队采用对甲苯磺酰肼的配体演变策略，制备了带隙为1.31 eV的无机窄带隙CsPb0.4Sn0.6I3钙钛矿太阳能电池。该策略实现了“一箭三雕”的效果，即低温处理阶段对甲苯磺酰肼作为配体调控钙钛矿薄膜的结晶过程，高温处理时将薄膜中的Sn4+还原成Sn2+减少深能级陷阱态，同时对甲苯磺酰肼的生成产物对甲苯磺酸又可以作为新的配体钝化钙钛矿薄膜的缺陷态。该钙钛矿太阳能电池获得了17.41%的破纪录效率。结合带隙为1.92 eV的CsPbI2Br顶电池，首次成功构建了效率为22.57%（认证为21.92%）的2端全无机钙钛矿叠层太阳能电池。
严克友表示，全无机钙钛矿叠层电池的成功构建，有望在未来解决有机-无机杂化钙钛矿叠层太阳能电池光热稳定性差的问题。研究团队将针对减少无机宽带隙子电池的电压损耗、提高无机窄带隙子电池的稳定性、减少复合层连接时的电压损耗，以及降本增效等开展进一步研究。（文章来源：北京能源与环境学会）
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