鈣鈦礦，最新Nature!

1.【科學背景】

串聯光伏電池（PV）由于更小的熱損失可以獲得更有效的太陽能光電轉換。鈣鈦礦材料具有特殊的帶隙可調性，使得其具有優異的單片集成多結電池能力，成為光伏領域的研究熱點。對于全鈣鈦礦雙結和多結電池，由于Sn（II）易氧化為Sn（IV）以及此過程中難以控制的結晶動力學，限制了進一步的研究。目前，廣泛使用各種添加劑或非氧化溶劑來抑制Sn（II）的氧化，以及通過表面修飾來提高電池性能。相比之下，前驅體溶液化學及其對結晶過程和膜性質影響的研究是有限的。

?

2.【創新成果】

基于以上研究背景，英國牛津大學Snaith教授、胡帥峰博士、日本京都大學Wakamiya教授（共同通訊作者）等人發現，Sn（II）在與前驅體和添加劑的相互作用中占主導地位，羧酸可以調節溶液的膠體性質和薄膜結晶過程，而銨鹽則可以提高薄膜的光電性能。通過二者結合，氨基酸鹽材料顯著改善了鈣鈦礦薄膜的半導體質量和均勻性。相關研究成果以“Steering perovskite precursor solutions for multijunction photovoltaics”為題發表在最新Nature期刊上。

圖1. Sn-Pb鈣鈦礦前驅體溶液的化學性質。? 2024 Springer Nature

圖2. Sn-Pb鈣鈦礦薄膜的形貌、結晶性和電子性質。? 2024 Springer Nature

圖3. Sn-Pb鈣鈦礦薄膜的光電性能表征。? 2024 Springer Nature

圖4. 組裝的太陽能電池器件。? 2024 Springer Nature

3.【科學啟迪】

在本工作中，作者通過對Sn-Pb鈣鈦礦前驅體溶液化學性質的研究，揭示了氨基酸鹽在調節溶液膠體性質、薄膜結晶以及光電性能方面的獨特作用。由于羧酸可以對溶液膠體性質和薄膜結晶發揮調節作用，而銨鹽則有助于提高薄膜的光電性能方，二者結合后氨基酸鹽能顯著改善了鈣鈦礦薄膜的均勻性和半導體質量，超過了單獨使用這些功能基團的效果，制備的單結、雙結和三結鈣鈦礦太陽能電池，分別實現了23.9%、29.7%和28.7%的光電轉換效率（最高認證效率為29.26%）。以上發現為優化前驅體溶液、控制鈣鈦礦薄膜制備工藝，從而進一步提升光伏器件性能、推動其實際應用提供了新的思路。

原文詳情：Hu, et al. Steering perovskite precursor solutions for multijunction photovoltaics. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-08546-y。