2024-10-19 13:36 点击次数：72
近日足交，南京大学当代工程与愚弄科学学院谭海仁课题组在全钙钛矿叠层太阳电板领域赢得新冲破。经海外第三方泰斗认证机构测试，面积为1.05 cm2的全钙钛矿叠层太阳电板稳态光电退换遵循高达28.2%，刷新了该顺序全钙钛矿叠层太阳电板的天下记载遵循，进一步鼓舞了全钙钛矿叠层太阳电板的产业化程度。干系商讨效果于2024年10月14日以《Homogenized contact in all-perovskite tandems using tailored 2D perovskite》为题，发表于《Nature》期刊（https://www.nature.com/articles/s41586-024-08158-6）。
为收场“双碳”战术指标，加速确立新式低碳清洁动力体系，国度动力局、科学时刻部集中印发《“十四五”动力领域科技改变考虑》明确指出需要安静开展钙钛矿/钙钛矿（简称“全钙钛矿”）高效叠层电板制备及产业化坐褥时刻商讨。谭海仁教讲课题组一直努力于新式全钙钛矿叠层电板时刻的商讨，连年来，团队在小面积全钙钛矿叠层太阳电板中接连赢得冲破，先后收场24.8%（Nature energy 864， 4， 2019）、26.4%（Nature 603， 73， 2022）与28.0%（Nature 620， 994， 2023）的认证记载遵循。可是，大面积全钙钛矿叠层太阳电板的光电退换遵循与小面积叠层电板仍有较大差距，制约了钙钛矿叠层电板的产业化程度。功能层的不均匀成膜是规则大面积全钙钛矿叠层电板性能升迁的遑急要素。现在，优化空穴传输层和调控钙钛矿体结晶是升迁大面积成膜均匀性的惯例策略。可是，团队在前期实际中发现，在充分优化空穴传输层和钙钛矿体相后，大面积器件与小面积器件之间的性能差距仍然较大，这意味着后续千里积的电子传输层（C60）可能为器件引入了新的不均匀性（如图1a所示）。
为了经管上述重要问题，商讨东说念主员在钙钛矿与电子传输层之间引入了多种插入层分子，并使用大面积光致发光图像商讨了薄膜的均匀性：名义经4-氟苯乙胺氯处理后的钙钛矿均匀性得到了权臣升迁（如图1b所示），而4-三氟甲基苯胺氯不错灵验地增强器件的电流。最终，团队使用羼杂两种分子的后处理溶液拓荒了一种定制的二维钙钛矿插入层来优化钙钛矿器件在电子传输层界面处的均匀性及性能（如图1c-d所示）。
图1. 宽带隙钙钛矿中界面均一化策略的提议。a， C60千里积前后钙钛矿名义的光致发光图与强度散播；b， 含有不同插入层的钙钛矿堆叠的光致发光图像；c，定制的二维钙钛矿策略暗意图；d， 含定制的二维钙钛矿插入层的C60千里积前后钙钛矿名义的光致发光图与强度散播。
团队进一步分析了优化的插入层的结构特质与作用机制：4-三氟甲基苯胺氯的引入影响了4-氟苯乙胺氯生成二维钙钛矿的经由，并导致二维钙钛矿周期性的收缩（如图2a所示）。4-氟苯乙胺氯通过减少钙钛矿与C60之间的界面弱势来升迁器件的开路电压，而4-三氟甲基苯胺氯则通过优化界面能级罗列来促进载流子在界面处的转运（如图2b所示）。第一性旨趣打算涌现，在钙钛矿名义造成的二维结构灵验地屏蔽了三维钙钛矿名义的能级交集，导致了与C60斗争后的钙钛矿薄膜的均匀性的提高（如图2c所示）。而名义含有不同弱势的二维钙钛矿与C60的吸附能较一致，组成了钙钛矿与C60造成均匀斗争的基础（如图2d所示）。
图2. 定制的二维钙钛矿的作用机制。a， 不同后处理分子的钙钛矿名义GI-WAXs图谱；b， 含有不同插入层的钙钛矿堆叠中的性能亏空分析；c，二维钙钛矿与三维钙钛矿名义的能级分析；d， 含不同点弱势的二维钙钛矿与三维钙钛矿名义与C60的吸附能分析。
最终，比较于对照的器件，使用定制的二维钙钛矿看成插入层的大面积宽带隙单结器件的平均遵循由17.5%升迁至了18.7%（如图3a所示）。最好的1.05 cm2的宽带隙单结钙钛矿太阳电板收场了20.5%的光电转机遵循（如图3b所示）。
商讨团队进一格局将优化后的宽带隙钙钛矿用于制备全钙钛矿叠层太阳电板。在活性区域为1.05 cm2的全钙钛矿叠层太阳电板中，收场了28.5%的转机遵循（如图3c所示）。EQE涌现的匹配电流为16.6 mA cm-2，与刻下最好的小面积全钙钛矿叠层太阳电板的数值至极，意味着在面积扩大时莫得发生赫然的电流亏空（如图3d所示）。
图3. 大面积宽带隙单结与全钙钛矿叠层太阳电板的性能。a， 不同后处理分子的宽带隙钙钛矿单结器件性能统计；b， 最优的宽带隙钙钛矿单结太阳电板的电流-电压弧线；c，最优的全钙钛矿叠层太阳电板的电流-电压弧线；d， 最优的全钙钛矿叠层太阳电板的EQE反映弧线；e文件中报说念的器件性能统计。
经海外泰斗机构JET第三方认证，由南京大学与仁烁光能团队制备的大面积全钙钛矿叠层太阳电板的稳态光电退换遵循高达28.2%（如图3e所示），为现在该尺寸下全钙钛矿叠层太阳电板的最高退换遵循，促进了全钙钛矿叠层太阳电板的产业化程度。干系收尾已被收录到海外泰斗的太阳能电板天下记载遵循表《Solar cell efficiency tables》中（如图4所示）。最近，由好意思国国度可再灵活力实际室发布的最新版“最好太阳电板遵循”表，收录了谭海仁确认团队创造的6项天下记载（如图5所示）。
图4. 最新太阳能电板天下记载遵循表（叠层电板部分）。《Solar cell efficiency tables》是由"太阳能之父"Martin Green确认与好意思、日、意、澳等多国科学家集中编撰的海外泰斗榜单，代表了行家光伏领域的最前沿水平。
图5.好意思国国度可再灵活力实际室发布的“最好太阳电板遵循”表。
南京大学、吉林大学、剑桥大学为该论文的通信单元足交，南京大学2019级直博生王玉瑞、助理确认林仁兴、2021级直博生刘陈帅宇、吉林大学博士生王啸宇、剑桥大学博士生Cullen Chosy为论文的共同第一作家，南京大学谭海仁确认、吉林大学张立军确认、剑桥大学Samuel D. Stranks确合计共同通信作家。该项商讨责任得到了南京大学聂越峰确认、上海科技大学宁志军确认、中国科学院宁波材料所肖传晓确认、加拿大维多利亚大学Makhsud Saidaminov确认、澳大利亚国立大学Hieu Nguyen博士、仁烁光能（苏州）有限公司研发团队的救济；也得到了国度隆起后生科学基金、科技部国度重心研发谋略、国度当然科学基金、补助部前沿科学中心、江苏省当然科学基金等名堂的资助；南京大学固体微结构物理国度重心实际室、重要塞球物资轮回补助部前沿科学中心和东说念主工微结构科学与时刻协同改变中心对该项商讨责任给以了遑急救济。