四川大学“碲化镉及钙钛矿光电材料与器件”工科特色团队在Nature期刊发表全钙钛矿叠层电池领域重要成果

近日，我校“碲化镉及钙钛矿光电材料与器件”工科特色团队赵德威教授与厦门大学、南京理工大学、瑞士联邦材料科学与技术研究所（Empa）及德国波茨坦大学合作，报道了1cm²全钙钛矿叠层太阳电池的最新研究进展，相关成果“All-perovskite tandem 1 cm²cells with improved interface quality”发表于Nature（DOI: 10.1038/s41586-023-05992-y）。

全钙钛矿叠层太阳电池具有低成本、高理论极限效率的优点，作为重要组成部分的宽带隙钙钛矿子电池仍然存在亟待解决的基础科学与关键技术问题，如界面缺陷引起的开路电压（V_OC）和填充因子（FF）损失，特别是在较大面积的电池上，这些问题尤为显著，严重制约大面积宽带隙钙钛矿和叠层电池的发展。开发新型制备方法和电荷传输材料改善宽带隙钙钛矿子电池的界面质量对提升叠层电池的效率及稳定性意义重大。

图1. ITO、HTLs和PVSK之间的材料特性和互连原理图

针对以上难题，团队开发了一种新型膦酸基的自组装单分子层（SAM，即4PADCB，该分子由唐卫华教授课题组设计合成）作为WBG钙钛矿太阳能电池(PSCs)的空穴选择层，通过抑制界面非辐射复合促进了高质量WBG钙钛矿的大面积生长，实现高效的空穴提取。

图2. HTLs的分布特性与PVSK/HTL的光电性质

图3. 不同HTLs的完整WBG器件的光伏性能及特性

经过优化，宽带隙钙钛矿电池（孔径面积1.044平方厘米）的最高效率达到18.46%，基于该宽带隙子电池的全钙钛矿叠层电池获得了经日本电气安全环境研究所（JET）认证的世界纪录效率26.4%（该效率被业内权威“Solar cell efficiency tables”收录）。此外，该工作采用多种先进的表征手段，深入地探究和分析了宽带隙子电池及全钙钛矿叠层器件性能提升的物理机制，为大面积宽带隙钙钛矿及全钙钛矿叠层太阳电池的效率和稳定性提升提供了深刻的见解，也为新型、高效空穴传输材料的设计提供了新思路。

图4. 不同HTLs全钙钛矿TSCs的光伏性能及表征

四川大学“碲化镉及钙钛矿光电材料与器件”工科特色团队立足于探索材料结构和功能化的精准分子设计、材料的独特特性和器件物理的深层工作机理，系统地开展钙钛矿和有机聚合物等新型高效光伏材料与器件及其应用相关的前沿研究和技术研发。团队创造并保持了1cm²全钙钛矿叠层太阳能电池世界纪录效率26.4%，被业界权威的“Solar cell efficiency tables （Version 60和61）”收录，达到国际领先水平。团队负责人赵德威教授曾入选2019年国家级青年人才、2022年科睿唯安“高被引科学家”，主持国家重点研发计划、国家自然科学基金等多项国家级课题，研究成果发表于Science、Nature Energy、Adv. Mater.等重要期刊。