研究概述

采用寬帶隙（WBG）鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（PSCs）作為串聯(lián)電池的頂層電池，突破了單結(jié)光伏器件的理論極限。

然而，隨著溴含量的增加，WBG PSCs表現(xiàn)出嚴(yán)重的開路電壓 (Voc) 損失。在此，作者指出，鹵素相分布不均勻是阻礙載流子有效提取的原因。因此，研究人員建議形成均勻的鹵素相分布來解決這個(gè)問題。

基于此，2024年10月16日，河北大學(xué)何庭偉教授與楊少鵬教授在國(guó)際頂級(jí)期刊Nature Communications發(fā)表題為《Efficient wide-bandgap perovskite photovoltaics with homogeneous halogen-phase distribution》的研究論文。

借助密度泛函理論，研究人員構(gòu)建了(2-(9H-咔唑-9-基)乙基]膦酸分子的雙層結(jié)構(gòu)（D-2P），為鈣鈦礦結(jié)晶提供成核位點(diǎn)。

均質(zhì)鈣鈦礦相是通過鹵素組分自下而上的模板化結(jié)晶來實(shí)現(xiàn)的。高效的載流子提取減少了Shockley-Read-Hall復(fù)合，從而產(chǎn)生1.32V的高Voc。

因此，經(jīng)過D-2P處理的器件（1.75?eV）實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)紀(jì)錄的20.80%功率轉(zhuǎn)換效率（認(rèn)證為 20.70%），這是WBG（超過 1.74eV）PSCs報(bào)告的最高值。

圖文解讀

圖1：混合鹵素WBG鈣鈦礦體系中的D-2P結(jié)構(gòu)

圖2：均勻鹵相鈣鈦礦薄膜

圖3：鈣鈦礦薄膜的殘余應(yīng)變與太陽(yáng)能電池的穩(wěn)定性

文獻(xiàn)信息

Wang, R., Liu, X., Yan, S. et al. Efficient wide-bandgap perovskite photovoltaics with homogeneous halogen-phase distribution. Nat Commun 15, 8899 (2024).