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武漢大學(xué)王植平課題組在錫鉛混合鈣鈦礦太陽能電池領(lǐng)域研究獲突破
2025-09-12 11:10:58武漢大學(xué)閱讀量：15980 我要評(píng)論
【化工機(jī)械設(shè)備網(wǎng) 技術(shù)前沿】
8月29日，《自然·通訊》(Nature Communications)在線發(fā)表了武漢大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授王植平課題組在鈣鈦礦太陽能電池領(lǐng)域最新研究成果。該工作解決了錫鉛混合鈣鈦礦電池領(lǐng)域中高質(zhì)量微米級(jí)厚膜制備困難以及Sn偏析嚴(yán)重的關(guān)鍵技術(shù)難題，器件效率和穩(wěn)定性均達(dá)到國(guó)際一流水平，為鈣鈦礦電池的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程提供了重要的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。
論文題為“Solvent engineering enables tin-lead perovskite films with long carrier diffusion lengths and reduced tin segregation” (《溶劑工程實(shí)現(xiàn)具有長(zhǎng)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度的錫鉛混合鈣鈦礦并抑制錫偏析》)。物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院博士后研究員李升為第一作者，王植平為通訊作者。物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授林乾乾、袁聲軍和博士后研究員楊曉添為論文共同作者，武漢大學(xué)為唯一通訊單位。
全鈣鈦礦疊層太陽能電池在實(shí)現(xiàn)低度電成本方面具有巨大潛力，但其性能仍受限于窄帶隙錫鉛(Sn-Pb)子電池中近紅外光子吸收不足的問題。微米級(jí)厚度的Sn-Pb層對(duì)最大化吸收至關(guān)重要，但高濃度前驅(qū)體溶液常導(dǎo)致不均勻結(jié)晶、化學(xué)計(jì)量失衡和載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度受限。研究發(fā)現(xiàn)，這些問題的根源在于傳統(tǒng)二甲基甲酰胺(DMF)/二甲基亞砜(DMSO)二元溶劑體系在高濃度下對(duì)碘化亞錫(SnI?)的配位不足，導(dǎo)致富錫膠粒形成，進(jìn)而在最終薄膜中引發(fā)有害的富錫相。研究人員開發(fā)了一種三元溶劑體系(TSS)，能選擇性配位SnI?，在前驅(qū)體溶液中抑制富錫膠粒的形成，從而制備出化學(xué)計(jì)量均勻、厚度達(dá)微米級(jí)的Sn-Pb薄膜，其載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度可達(dá)~11μm。優(yōu)化后的Sn-Pb吸收層在單結(jié)電池中效率達(dá)24.2%，在疊層器件中達(dá)29.3%，并顯著提升了長(zhǎng)期工作穩(wěn)定性。
該工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金(No.52473322)和國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(No. 2022YFA1404900)的資助。SEM和XPS測(cè)試獲武漢大學(xué)科研公共服務(wù)條件平臺(tái)的支持。
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