认证33.10%！他，「国家杰青」，双一流副校长，新发Nature子刊！
学术
2024-12-07 22:12
河南
宽带隙钙钛矿太阳能电池（WBG-PSCs）是未来光伏技术的重要组成部分，尤其在钙钛矿/硅串联太阳能电池的开发中具有关键作用。与传统的单结太阳能电池相比，WBG-PSCs具有更高的带隙，使其能够有效吸收高能光谱，从而提高整体效率。然而，WBG-PSCs的缺点也不容忽视，特别是其表面缺陷丰富，这些缺陷会导致严重的载流子重组、开路电压（VOC）损失和光诱导相分离，从而大大限制了器件的性能和稳定性。为了解决这些问题，研究人员面临着如何改善表面质量、减少缺陷并提高界面稳定性的挑战。为了解决这一难题，华侨大学副校长，国家杰出青年基金获得者徐西鹏教授以及魏展画、谢立强等人在Nature Communications期刊上发表了题为“Surface reconstruction of wide-bandgap perovskites enables efficient perovskite/silicon tandem solar cells”的最新论文。该团队提出了一种新的表面重建方法，通过纳米抛光去除钙钛矿薄膜表面缺陷丰富的晶体层，并对新暴露的高晶体质量表面进行钝化。这一方法有效改善了钙钛矿与电子传输层（如C60）的界面接触，释放了薄膜内部的残余晶格应变，并形成了富Br的钙钛矿表面层，从而抑制了界面载流子损失和离子迁移现象。实验结果表明，该技术不仅提高了电池的充电收集能力，还增强了WBG钙钛矿的稳定性，显著提升了器件性能。通过这一表面重建方法，研究团队成功实现了钙钛矿单结电池的最高效率为23.67%，半透明电池为21.70%，并且通过与硅底部太阳能电池的串联，成功实现了四端口（4T）钙钛矿/硅串联太阳能电池，认证效率达到了33.10%。该研究为WBG-PSCs的性能提升和稳定性解决方案提供了新的思路，并为未来高效光伏器件的开发奠定了基础。1. 研究首次采用湿式纳米抛光方法去除1.67 eV宽禁带钙钛矿（WBG）薄膜的缺陷丰富表面，并通过后续的钝化处理，成功暴露出高结晶度的表面。这一表面重建策略有效改善了钙钛矿薄膜的表面形貌和结晶质量，为后续的光电性能提升提供了良好的基础。2. 实验通过去除缺陷丰富的表面层并进行钝化处理，研究表明，表面重建策略能够改善钙钛矿与电子传输层（如C60）的接触，减少界面载流子损失，提高电荷收集效率。同时，新的富Br表面层有效抑制了离子迁移和光诱导的相分离现象，显著提升了器件的稳定性。3. 实验利用表面重建处理，研究人员成功制造了具有创纪录的光电转换效率的钙钛矿太阳能电池。不可见光钙钛矿太阳能电池的认证效率达到了23.67%，半透明钙钛矿太阳能电池的认证效率为21.70%。这些器件在1太阳照射下保持了80%的初始效率，表明了优异的操作稳定性。4. 实验将表面重建处理的钙钛矿太阳能电池与混合背接触硅底部太阳能电池物理叠加，研究成功实现了四端口钙钛矿/硅串联太阳能电池，并达到了创纪录的33.10%的认证效率，进一步证明了该表面重建方法在提升钙钛矿/硅串联太阳能电池效率中的潜力。图1：钙钛矿薄膜经过纳米抛光处理后的形貌和结晶度变化。图3：纳米抛光处理的钙钛矿薄膜及钙钛矿/C60界面的性能。图4：基于表面重建处理的WBG钙钛矿器件的光伏性能。本研究通过表面重构方法成功改善了钙钛矿薄膜的表面质量，显著提升了其光电性能和稳定性，特别是在高缺陷密度的宽带隙钙钛矿（WBG-PSCs）中表现突出。在钙钛矿太阳能电池的表面工程中，表面缺陷的有效修复和能级调节是提升器件效率和稳定性的关键。通过去除富I的卤素成分并生成富Br表面，不仅减少了离子迁移，还有效释放了残余应力，促进了器件性能的提升。这一策略不仅适用于WBG-PSCs，也为更大面积器件的高效性和长期稳定性提供了新的解决方案。此外，4T钙钛矿/硅串联太阳能电池的成功制备，证明了表面重构方法在多层次器件中的可行性，拓展了钙钛矿与硅的串联应用前景。总体而言，本文的研究为钙钛矿太阳能电池的表面工程设计提供了宝贵的指导，特别是在缺陷密度较高的材料中，为进一步提升光伏器件的性能和稳定性奠定了坚实基础。Fang, Z., Deng, B., Jin, Y. et al. Surface reconstruction of wide-bandgap perovskites enables efficient perovskite/silicon tandem solar cells. Nat Commun 15, 10554 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-54925-4🏅 我们提供专业的第一性原理、分子动力学、生物模拟、量子化学、机器学习、有限元仿真等代算服务。🎯我们的理论计算服务，累计助力5️⃣0️⃣0️⃣0️⃣0️⃣➕篇科研成果，计算数据已发表在Nature & Science正刊及大子刊、JACS、Angew、PNAS、AM系列等国际顶刊。 👏👏👏
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