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用无机阳离子（如Cs+）取代有机阳离子（如甲基铵（MA+）和甲脒（FA+））制备的全无机钙钛矿是提高钙钛矿太阳能电池（PSCs）长期光稳定性和热稳定性的有效概念。因此，无机钙钛矿串联太阳能电池（iPTSCs）有望打破效率瓶颈并解决稳定性问题。然而，由于锡离子诱导的较差的薄膜形成和深阱状态，制备2端（2T）iPTSCs仍然存在挑战。
2024年11月28日，华南理工大学严克友团队在Nature在线发表题为“Durable all inorganic perovskite tandem photovoltaics”的研究论文。该研究采用对甲苯磺酰肼（PTSH）的配体进化（LE）策略来调节无机窄带隙（NBG）钙钛矿中的薄膜形成并消除深层陷阱，从而成功开发了2T iPTSCs。
1.31 eV CsPb0.4Sn0.6I3:LE器件提供了17.41%的创纪录效率。与1.92 eV的CsPbI2Br顶电池结合，2T IPTSCs表现出31.22.57%的冠军效率（认证21.92%）。此外，iPTSCs在最大功率点（MPP）跟踪下具有卓越的耐久性，分别在65℃下1510小时和85℃下800小时保持80%的初始效率。
为了实现更高的光伏（PV）效率，实现由多个带隙子电池组成的串联太阳能电池（TSCs）是一种可行的方法。值得注意的是，据报道，2T有机-无机杂化钙钛矿TSCs（HPTSCs）的效率高达30%，超过了单结PSCs的效率。这一成就也为开发IPTSCs提供了坚实的实验基础。无机PSCs的最新进展进一步将功率转换效率（PCE）提高到21%以上。根据Schockley-Queisser（SQ）理论，无机铅钙钛矿的内禀带隙（1.7 ~ 2.3 eV）超过了单结太阳能电池的最佳带隙值（1.2 ~ 1.4 44 eV），但它适合于TSC的宽带隙（WBG）顶亚电池。无机PSCs利用Pb-Sn混合钙钛矿产生的带隙范围约为1.25−1.40 eV，适用于TSC的NBG亚电池。然而，由于无机NBG PSCs的效率限制，到目前为止，还没有关于2T IPTSC的演示报告。目前对无机NBG PSCs的研究还很有限。Wang等人调整了成分，得到了高质量的CsPb1-xSnxI3-yBry钙钛矿薄膜。Hu等使用乙酰肼作为添加剂，创建富电子保护环境，抑制Sn2+氧化。此外，他们还报道了用H2O进行连续表面处理，将Sn4+离子水解成SnO2，并保护无机Sn-Pb PSC，其PCE为16.79%。虽然功能化添加剂在不同阶段分别作为配体和还原剂调节结晶和减少Sn4+基深阱，但它们在薄膜形成过程中的作用仍然难以发挥。LE提高了无机NBG PSC的性能（图源自Nature ）在此，研究人员开发了从PTSH到对甲苯磺酸（PTSA）的配体演化（LE）工艺，以创建高品质Sn-Pb无机钙钛矿的多功能。该研究制备了CsPb0.4Sn0.6I3:LE PSC，效率高达17.41%，标志着迄今为止记录的无机NBG PSC的顶峰。此外，研究人员率先开发了2T IPTSC，将其与1.92 eV带隙CsPbI2Br WBG PSC集成，实现了22.57%的效率。值得注意的是，在MPP跟踪下，2T IPTSC分别在65℃和85℃ 850 h下保持了80%的原始效率，并表现出更好的光热稳定性。
参考消息：
https://www.nature.com/articles/s41586-024-08432-7
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