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近日，廈門大學(xué)唐衛(wèi)華教授團隊與四川大學(xué)、南京理工大學(xué)、德國波茨坦大學(xué)以及瑞士聯(lián)邦材料科學(xué)與技術(shù)研究所（Empa）合作，報道了1 cm2全鈣鈦礦疊層太陽電池的最新研究進展，相關(guān)成果All-perovskite tandem 1 cm2cells with improved interface quality發(fā)表于國際頂級期刊Nature。
鈣鈦礦/鈣鈦礦（全鈣鈦礦）疊層太陽電池因制備成本低并有望突破單結(jié)太陽電池的肖克利-奎伊瑟理論效率極限而備受關(guān)注。作為其重要組成部分的寬帶隙鈣鈦礦子電池仍然存在亟待解決的基礎(chǔ)科學(xué)與關(guān)鍵技術(shù)問題，如界面缺陷引起的開路電壓（VOC）和填充因子（FF）損失，特別是在較大面積的電池上，這些問題尤為顯著，嚴重制約大面積寬帶隙鈣鈦礦和疊層電池的發(fā)展。開發(fā)合適的方法和電荷傳輸材料改善寬帶隙鈣鈦礦子電池的界面質(zhì)量對于提升疊層器件的效率及穩(wěn)定性意義重大。
該研究基于共軛拓展及錨定策略開發(fā)了一種具有膦酸基的自組裝單分子層（SAM，即4PADCB）作為空穴傳輸材料，該材料由唐衛(wèi)華教授課題組設(shè)計合成。獨特的空間扭曲結(jié)構(gòu)賦予SAM分子良好的成膜性及表面浸潤性，有利于大面積高質(zhì)量寬帶隙鈣鈦礦薄膜的生長；同時，拓展的共軛范圍及有序的分子排列增強了界面電荷抽取與輸運，大幅抑制了寬帶隙鈣鈦礦太陽電池中界面處載流子非輻射復(fù)合損失。這些優(yōu)點大幅提高了寬帶隙電池的VOC和FF，并顯著改善了器件的工作穩(wěn)定性。通過優(yōu)化，寬帶隙鈣鈦礦電池（孔徑面積1.044 cm2）的最高效率達到18.46%?；谠搶拵蹲与姵氐娜}鈦礦疊層電池獲得了經(jīng)日本電氣安全環(huán)境研究所（JET）認證的世界紀錄效率26.4%（該效率被業(yè)內(nèi)權(quán)威“Solar cell efficiency tables”收錄）。此外，該工作采用多種先進的表征手段，深入地探究和分析了寬帶隙子電池及全鈣鈦礦疊層器件性能提升的物理機制，為大面積寬帶隙鈣鈦礦及全鈣鈦礦疊層太陽電池的效率和穩(wěn)定性提升提供了深刻的見解，也為新型、高效空穴傳輸材料的設(shè)計提供了新思路。
廈門大學(xué)柔性電子（未來技術(shù)）研究院&嘉庚創(chuàng)新實驗室唐衛(wèi)華教授、四川大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院趙德威教授、陳聰特聘副研究員和瑞士Empa付帆博士（研究員）為論文共同通訊作者，廈門大學(xué)與南京理工大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)博士研究生王萬海、四川大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院2020級博士研究生賀銳、2020級碩士研究生易宗錦及波茨坦大學(xué)Felix Lang博士為論文共同第一作者。廈門大學(xué)材料學(xué)院張金寶教授及材料學(xué)院2021級博士研究生魏坤為此工作的鈣鈦礦埋底界面研究做出貢獻。該研究得到國家自然科學(xué)基金委和嘉庚創(chuàng)新實驗室人才培育項目等經(jīng)費支持。
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