我国学者与海外合作者在高效高温工况稳定钙钛矿太阳能电池方面取得进展

　　

图 中间相调控实现高效高温工况稳定无甲胺组分钙钛矿太阳能电池

　　在国家自然科学基金项目（批准号：T2225024）等资助下，南开大学袁明鉴教授课题组联合多伦多大学Edward H. Sargent教授团队，在高效高稳定无甲胺钙钛矿太阳能电池可控制备方面取得突破性进展。研究成果以“兼具高效热稳定性的甲脒铯组分钙钛矿太阳能电池（High-efficiency and thermally stable FACsPbI₃ perovskite photovoltaics）”为题，于2024年9月30日在《自然》（Nature）杂志发表。论文链接：https://doi.org/10.1038/s41586-024-08103-7。

　　有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池因其高效率、低成本，已成为新一代光伏技术领域的研究热点。然而，随着从小规模实验室制备向大规模商业化应用的转变，钙钛矿太阳能电池高温工况运行稳定性成为制约其进一步发展的重要障碍。目前，高性能钙钛矿太阳能电池仍需依赖氯化甲铵添加剂来稳定物相并调控结晶。然而，该添加剂在高温条件下极易分解，显著降低了钙钛矿太阳能电池在高温工况条件下的运行稳定性。因此，发展无甲胺添加的FACsPbI₃合金钙钛矿太阳能电池是实现兼具高效率高稳定性钙钛矿光伏的必由之路，是推动钙钛矿太阳能电池技术发展的关键环节。

　　南开大学化学学院袁明鉴教授课题组针对该领域难点问题展开了深入研究，首次揭示了FACsPbI₃合金钙钛矿显著的结晶与物相时空差异性是导致薄膜内部存在化学组分异质性的关键原因。这一组分不均一性直接导致了器件在高温工况条件下的性能衰减。基于上述发现，研究团队与合作单位进行了深入的理论模拟分析，结合多维度原位结晶动力学研究，首次提出了具有普适性的配体辅助结晶路径转变策略，实现了高质量均一组分FACsPbI₃合金钙钛矿薄膜的可控制备，彻底解决了FACsPbI₃钙钛矿薄膜的空间组分异质性问题，成功制备了兼具世界一流的能量转换效率与高温工况稳定性的钙钛矿太阳能电池器件。经过福建国家光伏产业计量中心和中国科学院上海微系统与信息技术研究所的权威认证，该器件的稳态能量转换效率达到了目前已认证钙钛矿太阳能电池的最高水平。

　　该工作立足化学基础学科，结合了先进的理论模拟分析技术，融合了凝聚态物理与半导体器件等多学科交叉研究手段，成功实现了对钙钛矿半导体材料本征结构特性及构效关系的进一步深入理解，发展了高质量钙钛矿薄膜关键光伏材料可控制备新原理和新方法，为新一代钙钛矿光伏技术发展提供了有力支持。