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第一作者：段晨阳，高寒，Vishal Yeddu
通讯作者：谭海仁，肖科，Makhsud I. Saidaminov
通讯单位：南京大学，维多利亚大学
论文链接：
https://doi.org/101038/s41560-024-01672-x
摘要
本研究聚焦于钙钛矿太阳能电池的商业化进程，特别是针对宽禁带（WBG）钙钛矿材料的环保型溶剂体系的开发。研究团队提出了一种绿色溶剂系统，包括二甲基亚砜（DMSO）、乙腈（ACN）和乙醇（EtOH），用于有效溶解铯和溴盐，这些盐在传统极性非质子溶剂中的溶解度有限。通过这种绿色溶剂混合物，研究者们实现了刮刀涂覆的WBG钙钛矿太阳能电池，其功率转换效率分别达到19.6%（1.78 eV）和21.5%（1.68 eV）。此外，还展示了20.25平方厘米的全钙钛矿串联太阳能模块，其功率转换效率达到23.8%。研究还证明了在环境空气中使用绿色溶剂沉积WBG钙钛矿的可能性，以及使用相同绿色溶剂制备的窄带隙钙钛矿，推动了环保型制造的可行性。
研究成果
南京大学谭海仁教授、肖科联合维多利亚大学Makhsud I. Saidaminov教授在《Nature Energy》上发表了题为“Scalable fabrication of wide-bandgap perovskites using green solvents for tandem solar cells”的论文，研究团队成功开发了一种绿色溶剂体系，用于宽禁带钙钛矿的规模化制造，这对于钙钛矿串联太阳能电池的商业化至关重要。通过优化溶剂中的离子相互作用和乙醇-卤素配位，实现了小且均匀的前驱体胶体，扩展了钙钛矿处理窗口，并防止了钙钛矿-基底界面处的空洞形成。使用这种绿色溶剂体系制备的WBG钙钛矿薄膜显示出低缺陷密度，使得1.78 eV和1.68 eV的钙钛矿太阳能电池的效率分别达到19.6%和21.5%，超过了传统DMF/DMSO溶剂体系。
论文亮点
1.绿色溶剂体系的开发：研究提出了一种不含有毒溶剂的绿色溶剂体系，这对于钙钛矿太阳能电池的环保制造具有重要意义。
2.高效率钙钛矿太阳能电池：利用绿色溶剂体系制备的钙钛矿太阳能电池展现了超过19%的高效率，这对于提升钙钛矿太阳能电池的市场竞争力至关重要。
3.环境空气中的制造：研究证明了在环境空气中使用绿色溶剂体系制造WBG钙钛矿太阳能电池的可行性，这对于简化生产流程和降低成本具有潜在影响。
4.串联太阳能模块的高效率：研究展示了20.25平方厘米全钙钛矿串联太阳能模块，其效率达到23.8%，这为钙钛矿太阳能电池的商业化应用提供了有力支持。
图文导读
图 1 | 乙醇加入的钙钛矿前驱体溶液的溶剂和胶体特性。
图 2 | 刮刀涂覆钙钛矿薄膜的结晶动力学。
图 3 | 使用三种溶剂系统制备的WBG钙钛矿薄膜的特性。
图 4 | 使用不同溶剂系统准备的1.78 eV和1.68 eV WBG PSCs的光伏性能。
图 5 | 全钙钛矿串联太阳能电池和大面积钙钛矿串联模块的光伏性能。
结论
本研究开发的绿色溶剂体系为钙钛矿太阳能电池的环保制造提供了一种有效的解决方案，实现了高效率的WBG钙钛矿太阳能电池和串联太阳能模块。这些成果不仅推动了钙钛矿太阳能电池的商业化进程，也为可持续能源技术的发展提供了新的方向。
作者简介
谭海仁，南京大学现代工程与应用科学学院教授、博士生导师，入选中组部“海外高层次青年人才计划”、国家重点研发计划课题负责人、江苏省“双创人才”。谭海仁教授在钙钛矿太阳能电池和硅基薄膜太阳能电池领域进行了比较系统深入的研究，领导科研团队实现了全钙钛矿叠层太阳能电池、平面型钙钛矿太阳能电池、非晶硅/微晶硅叠层太阳能电池光电转换效率的世界记录。以通讯作者或第一作者在Science, Nature Energy, Nat. Comm., Adv. Mater., Joule, Nano Lett., Prog. Photovolt.: Res. Appl., Solar Energy Mater. Solar Cells, Appl. Phys. Lett. 等国际重要学术期刊上发表论文20余篇；在胶体量子点太阳能电池、发光二极管以及太阳能燃料等领域发表合著论文40 余篇；论文引用4700 余次。目前主持承担国家重点研发计划（课题）、国家自然科学基金（面上）、国家计划、江苏省“双创人才”、江苏省自然科学基金等科研项目。
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