突破31.12%效率天花板!中科大徐雪青团队揭秘硼卤化物调控1.68 eV宽带隙钙钛矿结晶新路径

来源:光伏领跑者创新论坛发布时间:2025-11-27 14:19:41

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全溶液两步法制备宽带隙钙钛矿具有成本低、重复性好、易于规模化等优点。然而,由于卤素分布不均以及有机盐与无机盐反应不完全等问题,通过全溶液两步法制备高质量宽带隙钙钛矿薄膜仍然面临挑战。

鉴于此,中科大徐雪青等于《Energy EnvironmentalScience》刊发“Boron–halide interactions for crystallizationregulation of a 1.68 eV wide-bandgap perovskiteprepared via a two-step method”。

硼卤化物相互作用对通过两步法制备的1.68 eV宽带隙钙钛矿的结晶调控作用的研究成果,将三(五氟苯基)硼烷(BCF)引入无机层,形成硼-卤键,从而稳定了卤素的均匀分布,调控了卤化铅薄膜的多孔结构,促进了有机盐的扩散。

此外,氟取代基与有机阳离子形成氢键,使BCF成为一种双功能添加剂,延缓了有机铵盐与无机前驱体的反应,有利于大晶粒钙钛矿晶体的生长。在钙钛矿结晶过程中,BCF分子迁移至晶界和薄膜表面,对钙钛矿吸收层薄膜的纳米尺度形貌和结构产生了显著的正向调控作用,从而制备出无针孔、无应力且缺陷较少的钙钛矿薄膜。

最终,该方法成功制备出单结1.68 eV宽带隙钙钛矿太阳能电池,其最高效率达到23.49%(认证效率为22.73%),开路电压为1.291 V。

此外,研究人员首次成功地将优化后的钙钛矿薄膜集成到绒面硅衬底上的单片钙钛矿/硅叠层太阳能电池中,实现了31.12%的效率,这是采用全溶液两步法制备的叠层太阳能电池中的最高效率,并且在连续运行500小时后仍保持了90%以上的初始性能。

该项研究不仅为钙钛矿材料应用提供了关键的理论支撑,也再次凸显了合肥作为中国钙钛矿科研与产业重镇的核心地位。

无独有偶,旨在打通科技创新与产业应用壁垒的“第十届钙钛矿科技创新与生态共赢战略发展论坛”,将于今年12月22-24日在合肥召开。届时,包括中国科学技术大学学者在内的国内外顶尖专家、产业领袖将齐聚一堂,共同探讨如何将实验室的卓越突破,转化为驱动产业发展的磅礴动能。

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创新点:

1.提出双功能添加剂策略,利用三(五氟苯基)硼烷(BCF)的硼 - 卤键和氢键作用,同步稳定卤化物分布并调控钙钛矿结晶动力学。

2.首次通过全溶液两步法制备 1.68 eV 宽带隙钙钛矿 / 硅叠层太阳能电池,实现 31.12% 的高效转换效率,为两步法叠层电池创下纪录。

3.揭示 BCF 可逆结合 Pb⁰的稳定机制,抑制光诱导相分离和离子迁移,显著提升器件长期稳定性(500 小时运行保留 > 90% 性能)。

未来展望:

1.优化厚钙钛矿膜中未反应碘化铅的分布,解决微米级金字塔结构硅基底上的载流子提取难题。

2.拓展 BCF 类添加剂的分子设计,进一步降低 Voc 损失,推动宽带隙钙钛矿电池效率逼近理论极限。

3.完善全溶液两步法的工业化适配性,提升大面积器件的均一性和稳定性,加速叠层太阳能电池的实际应用。

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责任编辑:周末
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