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　　武汉光电国家研究中心陈炜刘宗豪团队钙钛矿太阳能电池研究获进展
 

　　10月10日，《自然·能源》(Nature Energy)在线发表了武汉光电国家研究中心陈炜-刘宗豪团队题为“Aromatic interaction-driven out-of-plane orientation for inverted perovskite solar cells with improved efficiency”的研究论文。
 

　　反式钙钛矿太阳能电池因其良好的稳定性和与叠层电池技术的兼容性，被视为最具商业化前景的技术路线之一。其中，甲脒-铯基钙钛矿(FA1−xCsxPbI3)因其理想的光学带隙，被认为是实现更高光电转换效率的理想材料。在溶液法制备过程中，通过精准调控晶体生长过程，实现有序成核/生长与取向控制，从而获得高质量、高取向性的钙钛矿薄膜，是进一步提升器件性能的关键途径。具有面外取向的钙钛矿薄膜表现为(100)晶面平行于基底的堆叠结构，这种结构兼具优异的电荷传输特性和较低的缺陷密度，有助于实现更高效的器件性能。然而，现有研究多采用仅具单一作用机制的添加剂，对基于双添加剂间分子相互作用、协同调控晶体学取向的策略探索仍显不足。此外，关于高取向性钙钛矿薄膜(尤其是FA1−xCsxPbI3)的形成机制，目前理解尚不深入，亟待系统阐释。因此，发展一种能够同步调控成核过程、晶体取向与缺陷抑制的整体性策略，对充分释放反式钙钛矿太阳能电池性能潜力具有重要意义。
 

　　针对上述挑战，陈炜-刘宗豪团队创新性地提出了一种基于芳香相互作用协同调控的双分子添加剂晶体调控策略。研究团队选取了两种含有萘环的分子：6-羟基-2-萘磺酸钾(PHNS)和6-溴-2-萘胺盐酸盐(BNAC)，协同作用于钙钛矿结晶过程。其中，PHNS中的羟基和磺酸基团可与Pb2+离子配位，而BNAC中的铵阳离子则可占据FA+位点。尤为关键的是，两个分子中的萘基在 [PbI6]4−八面体旁形成紧密的芳香堆积结构，从而诱导晶体沿(100)晶面择优面外取向生长。这种高度有序的生长模式减少了晶界数量，提升了薄膜的整体晶体质量。核奥弗豪泽效应光谱和横截面TEM及相应的电子能量损失光谱分析表明了芳香堆积结构是诱导特定取向生长的关键。此外，芳香相互作用还增强了对钙钛矿薄膜中不同类型缺陷的协同钝化效果，显著降低薄膜缺陷密度。
 

　　清华大学材料学院林红团队在钙钛矿太阳能电池研究领域取得新进展
 

　　金属卤化物钙钛矿因其出色的光电性能、溶液法加工特性和优异的机械柔韧性，已成为柔性可穿戴光伏领域中最具发展前景的材料体系之一。然而，常用的柔性聚合物透明导电基板存在表面粗糙度大、溶液浸润性差、热传导速率慢等问题，导致高沸点溶剂二甲基亚砜(DMSO)易残留于钙钛矿层与下方传输层之间的埋底界面处，进而引发界面孔洞、结晶无序以及残余应力积累等问题，严重限制了柔性器件的光电转换效率与机械弯折稳定性。因此，解析DMSO残留的微观机理，并发展一种能够简洁、高效清除界面残留物的策略，已成为当前该领域亟待突破的关键科学问题。
 

　　近日，清华大学材料学院林红教授团队合作在柔性钙钛矿太阳能电池埋底界面二甲基亚砜(DMSO)残留去除方面取得重要研究进展。团队创新性地提出了一种双官能团分子工程策略，将具有羧酸基团和碘代基的3-碘丙酸(IDPAC)分子引入SnO2/钙钛矿埋底界面。IDPAC作为化学分子桥能够实现对SnO2氧空位和钙钛矿未充分配位铅的双面钝化，通过饱和界面缺陷削弱了其对DMSO的吸附作用，实现界面残留DMSO的高效原位清除，显著提升了钙钛矿薄膜的结晶质量，释放了残余拉应力，并增强了界面结合力。
 

　　中国科学院宁波材料所在提高钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池效率方面取得新进展
 

　　两端口钙钛矿/硅叠层太阳电池的功率转换效率(PCE)已飙升至35.0%，已突破单结太阳电池理论极限。尽管如此，相对于其45.1%的理论极限效率，仍有相当大的改进空间，尤其是在宽带隙钙钛矿顶电池方面。在叠层电池中，宽带隙钙钛矿顶电池的开路电压和填充因子仍显著低于窄带隙钙钛矿电池，其根本原因在于钙钛矿与载流子传输层界面存在严重的载流子复合及能级失配问题，尤其是在钙钛矿/C60界面。
 

　　近期，中国科学院宁波材料技术与工程研究所光电信息材料与器件实验室高效太阳能电池及宽禁带半导体团队在叶继春研究员的带领下，在前期晶体硅和钙钛矿太阳电池研究的基础上(Nat. Energy 2025, 10, 737; Nat. Energy, 2023, 8; Joule 2022, 6, 2644; Nat. Commun. 2024, 15, 8453; Nat. Commun. 2023, 14, 2166; Adv. Mater. 2023, 35, e2211962; Adv. Energy Mater. 2024, 2403021; Adv. Funct. Mater. 2024, 34; Sci. Bull. 2024, 69, 1887; ACS Energy Lett. 2024, 9, 4018; Nano Energy 2022, 100, 107529; ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 14, 52223; Adv. Energy Mater. 2023, 13, 2203006; J. Mater. Chem. A, 2023,11, 6556; Adv. Funct. Mater. 2023, 2304708; Adv. Energy Mater. 2023, 13, 2203006.)，在高效钙钛矿/硅叠层电池领域取得了新的进展。该团队设计合成了一种兼具路易斯酸碱官能团的高极性笼状二胺氯化物来减少钙钛矿薄膜缺陷和调控界面偶极，从而抑制非辐射复合和优化表面能级排列。同时，这种独特的笼状阳离子能诱导形成具有自发面内取向的纯相、准二维钙钛矿，并展现出显著的铁电效应，可进一步降低钙钛矿表面功函数以促进载流子分离与提取。基于此，0.1cm2和1.21cm2的1.68eV钙钛矿单结太阳能电池分别获得了22.6%和21.0%的PCE。此外，基于隧穿氧化物钝化接触的1.0cm2两端口钙钛矿/硅叠层太阳电池实现了31.1%的PCE，并表现出良好的工作稳定性(ISOS-L-1，T85>1020h)。铁电界面物理特性为高效稳定的钙钛矿基叠层光伏技术开辟了全新可能性。
 

　　半导体所研制出光电转换效率超过27%的钙钛矿太阳能电池
 

　　钙钛矿太阳能电池因其易于低成本印刷制备且具有高光电转换效率的优势，被视为新一代太阳能电池的典型代表，发展前景广阔。经过十六年的快速发展，其光电转换效率已从最初的3.8%提升至超过26%，逼近单晶硅太阳能电池水平，但与理论极限效率仍存在一定差距。实现高效率钙钛矿太阳能电池的关键要素之一是制备高质量钙钛矿半导体薄膜。甲基氯化铵(MACl)因能同时降低钙钛矿成核势垒并促进晶体高质量生长，被广泛作为钙钛矿薄膜生长的辅助材料。
 

　　近期，中国科学院半导体研究所游经碧研究员领导的团队发现基于MACl制备的钙钛矿薄膜存在垂直方向上氯分布的不均匀的问题，主要原因是MACl中的氯离子在钙钛矿结晶过程中迅速迁移至上表面引起富集。这种不均匀的氯分布会诱发钙钛矿上表面产生缺陷和界面电子势垒，引起载流子复合损失，阻碍载流子输运，制约了器件光电转换效率的进一步提升，同时影响其长期运行稳定性。
 

　　山东大学王亮、刘倩、于伟泳团队在钙钛矿太阳能电池研究中取得新进展
 

　　近日，山东大学集成电路学院教授王亮、物理学院实验师刘倩和化学与化工学院教授于伟泳在钙钛矿太阳能电池研究中取得重要进展。研究团队提出了一种基于2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)原位聚合形成柔性聚合物(P-AMPS)的新策略，用于构筑晶粒间的柔性隔离网络，从结构层面有效解耦光致晶格演化与机械应变积累，显著提升了钙钛矿太阳能电池的光机械稳定性与运行寿命。相关成果以题为“Decoupling photoinduced lattice evolution via grain spatial isolation for efficient and stable perovskite solar cells”的论文发表在国际期刊Advanced Material(影响因子：26.8)。王亮、刘倩和于伟泳为论文的共同通讯作者，化学与化工学院博士研究生何正言为第一作者。
 

　　在钙钛矿太阳能电池中，晶界处的应力积累与缺陷演化是导致性能衰退的关键因素。针对这一难题，研究团队创新性地在钙钛矿薄膜退火过程中引入AMPS单体，通过热诱导原位聚合生成柔性交联聚合物P-AMPS，使其自发分布于晶粒边界处，形成“空间分离—柔性缓冲”功能网络。该结构不仅实现了晶粒的物理隔离与应力传递削弱，还通过磺酸基与羰基等功能基团实现了缺陷钝化与载流子输运优化。
 

　　复旦团队研发锡基钙钛矿太阳能电池，攻克无铅、可持续绿色光伏技术关键难题
 

　　长期以来，高性能钙钛矿太阳能电池高度依赖铅元素，带来了巨大的环境和健康隐患，难道高性能光伏材料必须含铅？其实未必！
 

　　不依赖有毒的铅元素，只借助绿色无害的锡元素，复旦大学智能材料与未来能源创新学院梁佳青年研究员团队研发出的锡基钙钛矿太阳能电池不仅实现了全生命周期无害，甚至突破了光电转换效率的世界纪录。
 

　　这一创新成果攻克了无铅、可持续绿色光伏技术的关键难题，标志我国在清洁能源材料领域再获突破，未来有望融入人类日常生活。
 

　　相关成果以《基于均一埋底界面的锡基钙钛矿太阳能电池》(Tin-based perovskite solar cells with a homogeneous buried interface)为题，于北京时间10月15日晚间在《自然》(Nature)期刊以加速预览的形式在线发表。
 

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