材料学院太阳能所赵德威团队在全钙钛矿叠层太阳能电池方面取得新进展

北京时间2022年7月21日，Nature Energy在线发表了我校材料学院太阳能所赵德威教授、苏州大学李孝峰教授和瑞士联邦材料科学与技术研究所(EMPA)付帆博士合作团队题为“A universal close-space annealing strategy towards high-quality perovskite absorbers enabling efficient all-perovskite tandem solar cells”的研究成果。合作团队提出了限域退火方法制备高质量钙钛矿结晶薄膜的策略，并且该方法对于不同组分钙钛矿薄膜具有普适性，最终实现了效率超过25%的全钙钛矿叠层太阳能电池。苏州大学王长擂副教授为论文第一作者，四川大学赵德威教授、苏州大学李孝峰教授和瑞士EMPA付帆博士为论文通讯作者，四川大学为共同通讯单位。

发展高效清洁光伏可以促进我国能源产业结构调整，助力国家实现“碳中和”和“碳达峰”的长远目标。有机无机杂化钙钛矿材料具有优异的光电学特性，在光电转换领域取得重要进展。构建基于钙钛矿材料的叠层太阳能电池，突破单结光伏器件效率极限，是提升钙钛矿光伏效率的有效途径。全钙钛矿叠层太阳能电池包含不同带隙的钙钛矿吸光材料，由于不同组分会影响钙钛矿材料的结晶过程和特性，造成薄膜生长过程不可控及结晶质量较差等问题。目前，尚未有普适的结晶调控方法可以同时适用于不同组分钙钛矿薄膜的高质量制备。因此，发展普适的结晶调控方法，对制备高质量钙钛矿薄膜，实现高性能单结和多结叠层钙钛矿太阳能电池具有重要意义。

本工作中，合作团队基于已有的全钙钛矿叠层电池技术(Nat. Energy 2017, 2, 17018;Nat. Energy 2018, 3, 1093)，开发了一种具有普适性的钙钛矿薄膜结晶调控方法，对于提升不同带隙钙钛矿薄膜质量均表现出良好的效果。经过限域退火(Close Space Annealing，CSA)方法制备的钙钛矿晶粒尺寸明显增加、载流子寿命显著增长、缺陷态密度显著降低，进而有效抑制非辐射复合，最终获得高效单结宽带隙和窄带隙钙钛矿电池，使得全钙钛矿四端和两端叠层太阳能电池效率均超过25%。未经封装的叠层器件在惰性气体手套箱中连续工作450小时，最大功率输出仍为原始值的90%，表现出良好的工作稳定性。

上述研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金委、四川省科技计划项目、中央高校基本科研业务费专项资金、四川大学工科特色团队项目资助。

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