上海交大&華理Small Methods：Voc達3.23V！氣體淬火輔助寬禁帶鈣鈦礦結晶制備高效三結鈣鈦礦太陽能電池

主要內容

上海交通大學 仰志斌教授與華東理工大學材料科學與工程學院 楊雙教授聯合帶領其團隊開展研究，發現多結太陽能電池的光電轉換效率極限會隨著結數的增加而逐步提升。然而，當前全鈣鈦礦三結太陽能電池的性能受到約2電子伏特（eV）寬禁帶鈣鈦礦層質量的顯著制約，這主要源于該層材料快速且不受控的結晶過程。

針對這一挑戰，研究團隊創新性地引入了氣體淬火法應用于寬禁帶鈣鈦礦薄膜的制備。通過提高成核能壘，該技術有效調控了結晶動力學，從而制備出表面平滑且垂直方向鹵素分布均勻的高質量寬禁帶鈣鈦礦薄膜。基于這種薄膜制備的寬禁帶鈣鈦礦太陽能電池展現出了1.42伏特（V）的高開路電壓，并具有良好的重復性。

基于優化后的寬禁帶（WBG）鈣鈦礦材料，研究團隊成功制備出了在AM 1.5G光照條件下效率高達25.3%、開路電壓為3.23伏特的全鈣鈦礦三結太陽能電池。此外，團隊還深入驗證了氣體淬火工藝在調控高溴（Br）比例鈣鈦礦薄膜（禁帶寬度：1.97電子伏特）結晶動力學過程中的有效性，進一步證明了該技術的普適性。優化后的寬禁帶鈣鈦礦太陽能電池（WBG PSCs）實現了1.42伏特（V）的顯著開路電壓（Voc）和14.3%的光電轉換效率（PCE）。

尤為值得一提的是，基于經過氣體淬火處理的寬禁帶鈣鈦礦薄膜，團隊構建的全鈣鈦礦三結太陽能電池在光電轉換效率上達到了創紀錄的25.3%，且組合開路電壓高達3.23伏特。在穩定性測試中，優化后的器件在連續光照250小時后，仍能保持初始效率的85%，展現了顯著提升的運行穩定性。

這項工作為克服寬禁帶鈣鈦礦的結晶難題提供了一種有效策略，并為制備高性能超寬禁帶鈣鈦礦薄膜提供了一種通用方法，從而有力推動了高效且穩定的多結光伏器件的發展。上海交通大學仰志斌教授與華東理工大學楊雙教授團隊的這一研究成果，無疑為鈣鈦礦太陽能電池領域的進一步發展開辟了新的道路。