武大柯維俊組NC.：全鈣鈦礦疊層器件效率28.12%(雙端)和 28.81%(四端)！原位氧化物基 ABX? 結構種子調節策略

發表時間：2025-03-03 10:40

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主要內容：

對鹵化物鈣鈦礦結晶的**控制是實現高效太陽能電池的關鍵。基于此，武漢大學物理科學與技術學院柯維俊教授、方國家教授帶領其團隊創新性地提出一種借助原位形成的基于氧化物的ABX?結構晶種，以實現對鈣鈦礦結晶與生長精準調控的策略。當把錫酸鉀引入鈣鈦礦前驅體后，它會與碘化鉛自發反應，生成碘化鉀和錫酸鉛。其中，碘化鉀能夠有效鈍化缺陷，PbSnO?（ABX?-structured）具有 98% 的晶格匹配，可充當模板與晶種，助力鈣鈦礦薄膜中預成核團簇的形成，促使晶粒擇優取向，并消除中間相過程。

在鈣鈦礦前驅體以及埋入式空穴傳輸層中均引入錫酸鉀后，單結1.25eV帶隙 Sn-Pb 鈣鈦礦太陽能電池，不僅實現了23.12%的效率，穩定性也顯著增強。晶種誘導取向結晶策略在調控錫鉛鈣鈦礦太陽能電池（Sn - Pb PSCs）的成核與結晶進程中，占據關鍵地位。該策略有效攻克了錫鉛鈣鈦礦晶體因生長速率過快而產生的隨機晶體取向難題，為研發高性能的單結錫鉛鈣鈦礦以及全鈣鈦礦疊層太陽能電池創造了條件。原位構建的ABX?結構晶種層PbSnO?，為錫鉛鈣鈦礦的生長筑牢了堅實框架。該晶種層與鈣鈦礦之間存在強烈的結合相互作用，晶格匹配度高達98%，這為擇優取向結晶提供了強大驅動力。

在其影響下，鈣鈦礦薄膜不僅結晶度顯著提升，呈現出明顯的擇優取向，內部應力也大幅降低。同時，多電子供體SnO?2?和堿金屬K?離子的引入，與Sn2?、Pb2?和I?發生配位，高效鈍化了缺陷，提升了載流子傳輸效率。結晶度的提升與缺陷態密度的降低，讓單結錫鉛鈣鈦礦太陽能電池收獲了23.12%的穩態光電轉換效率（PCE），穩定性也大幅改善。這些單結電池作為底部子電池的全鈣鈦礦疊層太陽能電池成績斐然，雙端（2T）電池**光電轉換效率達28.12%，四端（4T）電池**光電轉換效率達28.81%。尤為值得關注的是，此方法展現出**的普適性，能夠廣泛應用于帶隙分別為1.77eV的寬禁帶（WBG）以及1.54eV的常規帶隙鈣鈦礦太陽能電池體系。

總之，ABX?晶種誘導取向結晶策略為提升鈣鈦礦光伏器件性能開辟了有效路徑，為研發高效、穩定的鈣鈦礦太陽能電池奠定了重要基礎。

文獻信息：

Universal in situ oxide-based ABX3-structured seeds for templating halide perovskite growth in All-perovskite tandems

Weiqing Chen, Shun Zhou, Hongsen Cui, Weiwei Meng, Hongling Guan, Guojun Zeng, Yansong Ge, Sengke Cheng, Zixi Yu, Dexin Pu, Lishuai Huang, Jin Zhou, Guoyi Chen, Guang Li, Hongyi Fang, Zhiqiu Yu, Hai Zhou, Guojia Fang & Weijun Ke

https://www.nature.com/articles/s41467-025-57195-w#Sec2