武大柯維俊組Nat. Nanotechnol：Piracetam狀寬帶隙鈣鈦礦晶體推動鈣鈦礦疊層電池規(guī)模化

主要內(nèi)容

全鈣鈦礦疊層太陽能電池（TSCs）憑借其**性能與廣泛應(yīng)用潛力，成為光伏領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。然而，縮小小面積（<1平方厘米）與大面積（>1平方厘米）器件之間的光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）差距，仍是全鈣鈦礦TSCs商業(yè)化進(jìn)程中的關(guān)鍵瓶頸。武漢大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院柯維俊教授團(tuán)隊(duì)針對這一關(guān)鍵問題，提出了一種創(chuàng)新解決方案——通過引入專門設(shè)計(jì)的晶體改性劑Piracetam，推動全鈣鈦礦TSCs性能突破。

Piracetam作為寬帶隙鈣鈦礦的晶體改性劑，能夠精準(zhǔn)調(diào)控鈣鈦礦的成核與生長過程。其分子結(jié)構(gòu)中的酰胺基和吡咯烷酮基團(tuán)，在成核初期即可促進(jìn)大尺寸晶粒的形成，并引導(dǎo)鈣鈦礦沿（110）晶向擇優(yōu)生長，顯著提升結(jié)晶度與光電性能的均勻性。在后續(xù)退火過程中，Piracetam進(jìn)一步發(fā)揮關(guān)鍵作用，通過消除殘留的PbI?，并在晶界和表面誘導(dǎo)形成一維（Pi）PbI?（Pi=吡拉西坦）鈣鈦礦納米針，優(yōu)化薄膜的微觀結(jié)構(gòu)。

基于Piracetam改性的鈣鈦礦薄膜，柯維俊教授團(tuán)隊(duì)成功制備出高效單結(jié)與疊層太陽能電池。其中，單結(jié)1.77電子伏特（eV）帶隙太陽能電池實(shí)現(xiàn)了1.36伏特（V）的認(rèn)證開路電壓和20.35%的PCE，驗(yàn)證了Piracetam對鈣鈦礦性能的顯著提升作用。在疊層電池方面，團(tuán)隊(duì)制備的單片兩端全鈣鈦礦TSCs在0.07平方厘米和1.02平方厘米的有效面積下，分別實(shí)現(xiàn)了28.71%（穩(wěn)定值28.55%，認(rèn)證值28.13%）和28.20%（穩(wěn)定值28.05%，認(rèn)證值27.30%）的PCE，相較于傳統(tǒng)方法，在從小面積器件向大面積器件擴(kuò)展時，PCE損失顯著降低，僅0.51%。

進(jìn)一步研究表明，Piracetam在不同鈣鈦礦組分中均展現(xiàn)出廣泛的適用性。在單結(jié)1.56電子伏特（eV）帶隙器件中，Piracetam的引入使PCE從23.56%提升至25.71%，進(jìn)一步證明了其作為晶體改性劑的普適性與高效性。柯維俊教授團(tuán)隊(duì)的研究成果不僅為可擴(kuò)展且高效的全鈣鈦礦TSCs提供了一條有效途徑，還通過優(yōu)化寬帶隙薄膜的擇優(yōu)取向、減少缺陷、提高結(jié)晶度以及實(shí)現(xiàn)超光滑表面，顯著降低了開路電壓（Voc）損失，并大幅提升了寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池（WBG PSCs）和全鈣鈦礦疊層太陽能電池（all-perovskite TSCs）的PCE。

值得注意的是，Piracetam的加入有效縮小了小面積與大面積疊層器件之間的效率差距，為全鈣鈦礦TSCs的商業(yè)化應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。然而，在大面積疊層模組中，相分離和離子遷移現(xiàn)象仍構(gòu)成顯著挑戰(zhàn)。柯維俊教授團(tuán)隊(duì)指出，未來的研究需聚焦于開發(fā)溴（Br）含量減少的寬帶隙子電池、不含聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)（PEDOT:PSS）的窄帶隙（NBG）子電池、堅(jiān)固的隧穿層以及可擴(kuò)展的沉積技術(shù)，并結(jié)合**的界面工程策略，以推動全鈣鈦礦疊層技術(shù)的持續(xù)發(fā)展。這一系列創(chuàng)新方向?qū)楣夥I(lǐng)域帶來新的突破，助力實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定、可擴(kuò)展的全鈣鈦礦TSCs商業(yè)化應(yīng)用。

- 產(chǎn)品咨詢及購買請聯(lián)系我們 -