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第一作者：Jing Li,Chengkai Jin
通讯作者：卜童乐、程一兵、黄福志、麦立强
通讯单位：武汉理工大学
论文链接：
https://doi.org/10.1038/s41560-024-01667-8
摘要
在钙钛矿太阳能电池中，实现基于相纯二维（2D）钙钛矿的均匀钝化层覆盖是一个挑战，尤其是在将设备扩展到模块时。本研究揭示了在三维（3D）钙钛矿上生长的2D钙钛矿链长依赖和卤素相关的相分离问题。通过使用长链（>10）烷基胺配体盐处理钙钛矿层，我们展示了可以形成均匀的2D钙钛矿钝化层。我们实现了无抗溶剂处理的小面积（0.14 cm2）、大面积（1.04 cm2）器件和迷你模块（13.44 cm2）的冠军活性面积效率分别为25.61%、24.62%和23.60%。这种钝化策略与印刷技术兼容，使得完全使用狭缝印刷的大型太阳能模块的冠军孔径面积效率分别为18.90%和17.59%，展示了扩大制造的可行性。
研究成果
武汉理工大学卜童乐教授、程一兵院士、黄福志教授、麦立强教授在《Nature Energy》上发表了题为“Homogeneous coverage of the low-dimensional perovskite passivation layer for formamidinium–caesium perovskite solar modules”的论文，研究团队通过在三维钙钛矿上生长2D钙钛矿层，成功解决了相分离问题，并实现了均匀覆盖。通过使用长链烷基胺配体盐处理，研究者们能够形成均匀的2D钙钛矿钝化层，显著提高了钙钛矿太阳能模块的效率和稳定性。此外，该策略与印刷技术兼容，为钙钛矿太阳能模块的商业化制造提供了新的可能性。
论文亮点
1.均匀钝化层覆盖：首次实现了在三维钙钛矿上均匀覆盖2D钙钛矿钝化层，解决了相分离问题。
2.高效率钙钛矿太阳能模块：实现了高达25.61%的小面积器件效率和23.60%的迷你模块效率。
3.印刷技术兼容性：该钝化策略可与印刷技术结合，为钙钛矿太阳能模块的大规模生产提供了新途径。
图文导读
图1.可扩展太阳能模块2D钙钛矿相的组成工程
图2.均匀2D相结构的生长动力学和形成机理
图3.均匀的表面形态和缺陷钝化
图4.光伏性能和稳定性表征
图5.可扩展的印刷大面积模块
结论
本研究通过在三维钙钛矿表面实现均匀的2D钙钛矿钝化层覆盖，显著提高了钙钛矿太阳能模块的效率和稳定性。通过引入FABr到DABr中，实现了从混合相（n=1和2）到纯相（n=2）的转变，降低了形成焓，减少了混合焓，并加快了形成动力学，从而实现了均匀形貌、减少缺陷、加快界面电荷传输和结构稳健的3D/2D异质结。因此，该研究为钙钛矿太阳能模块的商业化提供了一种有效的策略。
作者简介
卜童乐教授，1993年2月出生，武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室研究员,博士生导师，国家自然科学基金优秀青年科学基金获得者。武汉理工大学本硕博，2020年11月在日本冲绳科学技术大学院大学做博士后，2022年3月受聘武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室任研究员。
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