9月7日，南京大学谭海仁/孔文池在ACS EnergyLetters发布题目为《Intermediate Composition Engineering for Even Halide Distribution in EfficientPerovskite/Silicon Tandem Solar Cells》文章。
通讯作者：南京大学谭海仁/孔文池
宽带隙钙钛矿在实现高效叠层太阳能电池方面具有巨大潜力，但富溴组分的快速结晶速率会导致卤化物分布不均和体相缺陷，对达到理论效率极限和长期稳定性构成重大挑战。本研究提出了一种中间组分工程策略(ICE)，通过用氯化铅(PbCl₂)和甲基溴化铵(MABr)替代溴化铅(PbBr₂)，形成亚稳态的二维中间相A₂PbIₓBr₃–ₓCl(A包含FA、MA、Cs，0 < x < 3)，该相能抑制富溴相的优先成核并促进宽带隙钙钛矿薄膜中卤化物的均匀结晶，从而提升薄膜质量。最终制备的钙钛矿太阳能电池(1.67 eV)实现了22.5%的光电转换效率和1.280 V的显著开路电压，而冠军叠层电池获得了30.5%的认证效率(活性面积1.21 cm²)。该研究为解决混合卤化物钙钛矿的相不均匀性和提升薄膜质量提供了新路径。
图 1. 钙钛矿薄膜中的卤化物分布。(a)对照钙钛矿薄膜和(b)ICE 薄膜的飞行时间二次离子质谱(TOF-SIMS)深度剖面。(c)对照薄膜和(d)ICE 薄膜中 Br⁻的 TOF-SIMS mappings，比例尺：10 μm。(e)对照薄膜和(f)ICE 薄膜中 Br 分布的重建 3D 图像。
图 2. 结晶过程的原位表征及机理分析。对照组和 ICE 钙钛矿湿膜在(a)退火前和(b)退火后的 XRD 图谱。钙钛矿薄膜在(c)旋涂过程和(d)退火过程中的原位 PL 光谱。(e)对照组和 ICE 薄膜晶粒生长过程的原位光学显微镜图像，比例尺：50 μm。(f)对照组和(g)ICE 钙钛矿薄膜的结晶路径示意图。
图 3. 钙钛矿薄膜的光电质量和 WBG 器件的光伏性能。(a) 不同钙钛矿薄膜的稳态光致发光(PL)光谱。(b) 不同钙钛矿薄膜的时间分辨光致发光(TRPL)光谱。(c) 对照器件和 ICE 器件的 VOC 损失分析，包括 Eg 以上的辐射复合(ΔV1)、黑体辐射损失(ΔV2)和非辐射复合损失(ΔV3)。(d) 钙钛矿器件的电致发光。(e) 单结钙钛矿太阳能电池(0.049 cm²)的统计光伏参数。(f) 最佳对照器件和 ICE 器件的 J-V 曲线。(g) WBG 对照器件和 ICE 器件的外量子效率(EQE)测量。(h) 对照器件和 ICE 器件的稳定功率输出。
图 4. 钙钛矿 / 硅叠层太阳能电池的光伏性能。(a)单片钙钛矿 / 硅叠层太阳能电池的示意图。(b)叠层太阳能电池和硅太阳能电池的横截面扫描电镜图像，比例尺：1
微米。(c)叠层器件光电转换效率(PCE)的分布统计。(d)最优对照组和 ICE 叠层太阳能电池的电流 - 电压(J-V)曲线。(e)ICE 叠层太阳能电池子电池的外量子效率(EQE)光谱及相应的积分短路电流密度(JSC)。(f)ICE 叠层太阳能电池的稳态功率输出(SPO)。(g)对照组和 ICE 钙钛矿 / 硅叠层器件在 1 个太阳连续光照(AM 1.5 G)下的最大功率点跟踪(MPPT)测量。
器件制备
宽带隙钙钛矿前驱体制备：
对照组前驱体：Cs₀.₀₅FA₀.₈MA₀.₁₅Pb(I₀.₇₅Br₀.₂₅)₃钙钛矿前驱体(1.5 M)通过将PbI₂(484.1 mg)、PbBr₂(165.1 mg)、FAI(206.4 mg)、CsI(19.5 mg)和MABr(25.2 mg)溶解于DMF与DMSO混合溶剂(1 mL，4:1 体积比)中制备。
ICE组前驱体：推测最终组成与对照组相同(Cs₀.₀₅FA₀.₈MA₀.₁₅Pb(I₀.₇₅Br₀.₂₅)₃)，通过将PbI₂(484.1 mg)、PbBr₂(82.6 mg)、PbCl₂(62.6 mg)、FAI(206.4 mg)、CsI(19.5 mg)和MABr(75.6 mg)溶解于DMF与DMSO混合溶剂(1 mL，4:1 体积比)中制备。
单结钙钛矿太阳能电池制备：
ITO玻璃依次经水、丙酮和异丙醇超声清洗15分钟，紫外臭氧处理15分钟后，在氩气氛围中使用3.5英寸NiO靶材于150°C下溅射沉积20 nm NiO薄膜;将2PACz与MeO-2PACz(摩尔比1:3)混合的自组装分子(SAM)异丙醇溶液(0.1 mmol·L⁻¹)以4000 rpm旋涂20秒，并在100°C退火5分钟;将钙钛矿前驱体以2000 rpm旋涂50秒后转为6000 rpm旋涂15秒，在结束前12秒滴加300 μl苯甲醚作为反溶剂，随后在100°C退火20分钟;钙钛矿表面处理采用EDAI₂异丙醇:甲苯(1:1体积比，1 mg mL⁻¹)和4F-PEACl异丙醇溶液(1 mg mL⁻¹)，工艺与单结电池相同;随后通过热蒸发以0.2 Å/s速率沉积20 nm C60层，并采用ALD系统在100°C低温下以四(二甲氨基)锡和去离子水为前驱体沉积15 nm SnO₂;最后通过热蒸发沉积200 nm银背电极。
钙钛矿/硅单片叠层太阳能电池制备：
在制备钙钛矿顶电池前，将4英寸硅片激光切割为2.5×2.5 cm基板，并于200°C退火10分钟以修复溅射损伤;空穴传输层、钙钛矿层、界面层、C60和SnO₂制备工艺与单结电池相同;SnO₂沉积后通过掩膜板溅射80 nm IZO，再经掩膜板热蒸发制备200 nm银栅线;最后通过电子束蒸发沉积100 nm厚MgF₂层。
索比光伏网 https://news.solarbe.com/202509/09/50008082.html
