【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】全鈣鈦礦疊層太陽(yáng)能電池融合了寬帶隙(WBG，1.7-1.8 eV)與窄帶隙(NBG，1.2-1.3 eV)鈣鈦礦材料的優(yōu)勢(shì)，通過合理堆疊不同帶隙的鈣鈦礦材料可以實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)光譜的充分利用，在新一代光伏器件中極具應(yīng)用潛力。但其實(shí)際應(yīng)用仍面臨關(guān)鍵瓶頸，其根源在于膠體層面的核心問題：兩類子電池膠體前驅(qū)體結(jié)晶動(dòng)力學(xué)不匹配，溴基配合物溶解度低、配位劑對(duì)金屬離子結(jié)合能力不均導(dǎo)致膠體體系不穩(wěn)定，界面存在低配位金屬離子，且光照會(huì)加劇溴/碘不可逆分離，進(jìn)而引發(fā)相分離與缺陷累積，制約器件性能與穩(wěn)定性。
為了解決這一問題，中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所葛子義研究員和劉暢研究員等人在前期鈣鈦礦太陽(yáng)能電池研究的基礎(chǔ)上，提出了一套適配于膠體前驅(qū)體制備的羧酸根調(diào)控體系。采用梯度分布的羧酸根陰離子—酒石酸根(Ta-)與檸檬酸根(Cit-)，對(duì)兩類子電池的成核動(dòng)力學(xué)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)控。
前期研究成果(Nat. comm. 2025, 16, 9221; Nat. comm. 2025, 16, 7344; Nat. comm. 2025, 16, 4148; Adv. Mater. 2026, 38, e15163; Adv. Mater. 2025, 37, 2415627; Adv. Mater. 2025, 37, 2410779; Joule. 2024, 8, 1120-1141; Energy Environ. Sci. 2024, 17, 8557-8569; Adv. Mater. 2024, 36, 2400852; Adv. Mater. 2024, 36, 2309998; Adv. Mater. 2024, 36, 2309208; Adv. Mater. 2023, 35, 2302752; Angew. Chem. 2023, 135, e202217526)
其中，Ta-可穩(wěn)定寬帶隙膠體中的Pb2+配位結(jié)構(gòu)，抑制WBG鈣鈦礦相分離并促進(jìn)晶體均勻生長(zhǎng)；而Cit-則能優(yōu)化NBG鈣鈦礦膠體中的Sn-I鍵合，鈍化Sn2+缺陷并提升電荷傳輸性能。膽堿陽(yáng)離子可與上述調(diào)控劑進(jìn)一步協(xié)同作用，鈍化晶體—膠體界面處低配位的金屬離子，從而構(gòu)筑穩(wěn)定的強(qiáng)固化基體。基于該雙重調(diào)控策略，所制備的全鈣鈦礦疊層電池光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到29.76%(認(rèn)證效率29.22%)，在最大功率點(diǎn)下運(yùn)行700小時(shí)仍保持初始效率的90.2%。同時(shí)，最佳1 cm2面積疊層電池效率達(dá)到28.87%，凸顯了該膠體化學(xué)策略的規(guī)模化應(yīng)用潛力。
該工作為多結(jié)器件結(jié)晶過程的協(xié)同調(diào)控提供了通用方法，為實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定的全鈣鈦礦疊層太陽(yáng)能電池提供了重要的材料與方法學(xué)支撐。
該工作以“Tailoring Colloidal Precursor Chemistry for Tunable Nucleation Kinetics in All-Perovskite Tandem Solar Cells”為題發(fā)表在期刊Joule上(DOI: 10.1016/j.joule.2026.102381.)。第一作者為寧波材料所博士后孟員員 、寧波材料所碩士研究生孫可軒 。通訊作者為寧波材料所葛子義研究員和劉暢研究員。本工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2024YFF1401100)、國(guó)家自然科學(xué)基金(62404226、22439004、U21A20331、81903743、22279151、22275004)、浙江省博士后擇優(yōu)資助項(xiàng)目(ZJ2024018)、浙江省“領(lǐng)雁”研發(fā)攻關(guān)計(jì)劃(2024C01091)、浙江省自然科學(xué)基金(LQN25F040010)等項(xiàng)目的支持。
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