郑州大学张懿强AM:双模式分子调控钙钛矿结晶,实现高效稳定的FAPbI₃太阳能电池与组件

来源:知光谷发布时间:2025-12-04 10:34:21

有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池是最具前景的光伏技术之一,但其性能受到无法控制的结晶过程的严重制约,导致薄膜形貌不理想且缺陷众多。

本研究引入二苯基碳酸酯作为双功能分子调控剂,可同时调控FAPbI₃薄膜的成核与生长过程。通过协同的羰基-Pb²⁺共价配位与芳香π-Pb²⁺非共价相互作用,DPC促进了PbI₂的前期聚集,降低了成核能垒,同时其与前驱体的强结合延缓了晶体生长。这种协同调控机制获得了均匀、大晶粒的钙钛矿薄膜,并显著降低了缺陷密度。因此,基于DPC的钙钛矿太阳能电池实现了26.61%的冠军效率(认证效率26.21%),优于对照组器件(23.65%)。基于DPC的可扩展微型组件(有效面积14.0 cm²)效率达到21.24%。此外,DPC修饰的器件展现出卓越的稳定性,在ISOS-D-3加速老化条件下储存1200小时后,以及在ISOS-L-2协议下进行1100小时最大功率点跟踪后,仍能保持超过90%的初始效率。

这些研究结果为克服钙钛矿固有的结晶瓶颈提供了一种普适性分子策略,推动了钙钛矿光伏向高效、稳定、可规模化应用的方向发展。研究亮点:

  1. 提出“双模式”分子结晶调控新策略:利用DPC分子同时提供羰基配位与芳香π相互作用,协同调控钙钛矿的成核与生长过程,实现高质量、低缺陷薄膜的制备。
  2. 创下FAPbI₃体系效率新高:将电池效率从23.65%显著提升至26.61%(认证26.21%),并实现21.24%的组件效率,展现了良好的可扩展性。
  3. 兼具高效与高稳定性:器件在湿热老化与持续光照运行测试中均保持90%以上的初始效率,为高效稳定钙钛矿光伏器件的开发提供了可靠路径。


S. Wang, Z. Zhu, X. Sun, et al. “ Dual-Mode Molecular Regulation of Perovskite Crystallization Enables Efficient and Stable FAPbI3 Solar Cells and Modules.” Adv. Mater. (2025): e17246.

https://doi.org/10.1002/adma.202517246


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