武汉大学最新Nature

全钙钛矿串联太阳能电池有望超越单结太阳能电池的Shockley-Queisser极限。然而，这些电池的实际应用目前受到全钙钛矿串联中混合锡铅(Sn-Pb)窄带隙钙钛矿亚电池性能欠佳和稳定性问题的阻碍。

2023年11月8日，武汉大学柯维俊及方国家共同通讯在Nature 在线发表题为“Aspartate all-in-one doping strategy enables efficient all-perovskite tandems”的研究论文，该研究表明天冬氨酸一体化掺杂策略可实现高效的全钙钛矿串联。

在过去的十年中，有机金属卤化物钙钛矿材料(ABX3)已经成为光伏技术中有前途的吸光材料。为了实现单结太阳能电池以及全钙钛矿串联亚电池在1.1-1.4 eV范围内的窄带隙(NBGs)，可以在B位金属离子中合金铅(Pb)和锡(Sn) 。然而，制备高效稳定的NBG锡铅(Sn-Pb)钙钛矿太阳能电池(PSCs)仍然是一个巨大的挑战，因为Sn2+容易氧化成Sn4+，这导致p型自掺杂，载流子寿命短和器件性能下降。

为了解决这一问题，人们提出了各种策略，包括在器件制造过程中使用多种添加剂，以提高混合Sn-Pb PSCs的性能。通过优化NBG混合Sn-Pb亚电池和宽带隙(WBG)亚电池，实现了全钙钛矿串联电池的创纪录性能。然而，单结Sn-Pb PSCs的性能仍有很大的提升空间，这最终决定了全钙钛矿串联的上限。

AspCl在NBG Sn-Pb钙钛矿中的制备及其作用机理（图源自Nature ）

在这项研究中，作者将重点放在窄带隙亚细胞上，并为它们开发了一种一体化的掺杂策略。研究人员将天冬氨酸盐酸盐(AspCl)引入到底部聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚(苯乙烯磺酸盐)和块状钙钛矿层中，然后再进行AspCl后处理。研究发现，单一的AspCl添加剂可以有效地钝化缺陷，减少Sn4+杂质，并使费米能级发生位移。此外，AspCl-Sn /Pb碘化物和AspCl-AspCl之间的强分子键可以强化结构，从而提高Sn-Pb钙钛矿的稳定性。

最终，在Sn-Pb钙钛矿太阳能电池中掺杂AspCl后，单结电池的功率转换效率为22.46%，串联电池的功率转换效率为27.84%(27.62%稳定，27.34%认证)，在充满氮气的手套箱中储存2000小时后保持率为95%。这些结果表明，全面掺杂AspCl是提高单结Sn-Pb钙钛矿太阳能电池及其串联效率和稳定性的有利策略。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-023-06707-z

转自：“iNature”微信公众号

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