1.【科學背景】
目前全鈣鈦礦串聯太陽能電池的南京牛功率轉換效率（PCE）可達28%，但其可擴展串聯模塊的大學隊最高PCE僅為21.7%。大面積窄帶隙Pb-Sn鈣鈦礦在刮涂過程中會產生快速不可控的譚海不均勻結晶，這是仁團造成單個電池和模塊之間巨大效率差距的重要原因。因此，材料開發大面積高質量的南京牛全鈣鈦礦串聯太陽能電池模塊極具挑戰性。
2.【創新成果】
基于以上研究背景，大學隊南京大學譚海仁教授（通訊作者）等人通過引入 Good's 生化緩沖劑的譚海一種摻雜劑（氨基乙酰胺鹽酸鹽，AAH）來均勻鈣鈦礦的仁團結晶，擴展了刮涂Pb-Sn鈣鈦礦薄膜的材料加工窗口，選擇性鈍化了鈣鈦礦的南京牛界面缺陷。實現了大面積（20.25 cm2）全鈣鈦礦串聯太陽能電池組件24.5%的大學隊高PCE效率。相關研究成果以“Homogeneous crystallization and buried interface passivation for perovskite tandem solar modules”為題發表在最新Science期刊上。譚海
圖1.刮涂Pb-Sn鈣鈦礦薄膜與太陽能電池的仁團均勻性。? 2024 AAAS
圖2. 加工窗口的材料擴展機制。? 2024 AAAS
圖3. 刮涂Pb-Sn鈣鈦礦薄膜與太陽能電池的光電性能。? 2024 AAAS
圖4.全鈣鈦礦串聯太陽能電池和組件的光伏性能。? 2024 AAAS
3.【科學啟迪】
大面積涂覆鈣鈦礦需要更多時間, 這會加劇鈣鈦礦相的不均勻結晶。因此，可以通過濕鈣鈦礦的溶劑緩慢揮發和其緩慢成核來拓展結晶的時間窗口。在本文中添加劑氨基乙酰胺鹽酸鹽（AAH）被引入到Pn-Sn鈣鈦礦前驅體中，以此來引發成分之間的相互作用，有效地減慢了鈣鈦礦涂覆過程中溶劑的揮發，使得鈣鈦礦薄膜的形成時間窗口從10秒延長到了100秒。AAH的引入鈍化了鈣鈦礦層的界面缺陷，這也是獲得高質量太陽能電池組件的重要原因。本工作中串聯全鈣鈦礦太陽能電池組件尺寸超過20 cm2, PCE達到了24.5%，為未來商業化提供了重要參考。需要指出的是，與目前商用硅基太陽能電池相比，串聯鈣鈦礦太陽能電池的穩定運行時間仍有巨大提升空間。
原文詳情：Gao, et al. Homogeneous crystallization and buried interface passivation for perovskite tandem solar modules, Science (2024). https://www.science.org/doi/10.1126/science.adj6088。
