【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】全鈣鈦礦串聯(lián)太陽(yáng)能電池在實(shí)現(xiàn)超越單結(jié)Shockley–Queisser極限的光電轉(zhuǎn)換效率(PCE)方面展現(xiàn)出巨大潛力。然而，作為全鈣鈦礦串聯(lián)器件關(guān)鍵部件的窄帶隙錫鉛(Sn–Pb)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池(PSCs)，在長(zhǎng)期光照下容易出現(xiàn)Sn²?被氧化為Sn??的現(xiàn)象，伴隨離子遷移、晶格應(yīng)力集中和結(jié)構(gòu)畸變等問(wèn)題，嚴(yán)重制約了器件的穩(wěn)定性和效率提升。
 

　　針對(duì)上述瓶頸，中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所葛子義研究員和劉暢研究員等人在前期鈣鈦礦太陽(yáng)能電池研究的基礎(chǔ)上(Nat. comm. 2025, 16, 4148; Joule. 2024, 8, 1120-1141; Adv. Mater. 2025, 29, 2415627; Adv. Mater. 2025, 22, 2410779; Energy Environ. Sci. 2024,17, 8557-8569; Adv. Mater. 2024, 20 2400852; Adv. Mater. 2024, 36, 2309998; Adv. Mater. 2024, 8, 2309208; Adv. Mater. 2023, 2302752; Angew. Chem. 2023, 135, e202217526)，提出了一種基于剛性三磺酸根多齒配位分子的“晶格穩(wěn)定與應(yīng)變均一化”策略。該分子可與Sn²?形成強(qiáng)配位鍵，顯著增強(qiáng)Sn–I鍵強(qiáng)度，并通過(guò)抑制極化聲子耦合降低光致晶格振動(dòng)與應(yīng)力集中。同時(shí)，均勻化Sn/Pb組分分布，有效緩解了長(zhǎng)期照射下的結(jié)構(gòu)退化問(wèn)題。研究結(jié)果表明，該策略實(shí)現(xiàn)了在窄帶隙(NBG)PSCs中的高穩(wěn)定性和高效率突破。優(yōu)化后的NBG器件PCE達(dá)到23.2%，在最大功率點(diǎn)(MPP)下穩(wěn)定運(yùn)行2800小時(shí)后仍保持初始效率的92.5%。進(jìn)一步應(yīng)用于2T全鈣鈦礦串聯(lián)器件后，PCE達(dá)到29.6%(認(rèn)證效率29.2%)，這是目前公開(kāi)報(bào)道的全鈣鈦礦PSCs最高效率之一，在光照下穩(wěn)定運(yùn)行700小時(shí)后保持初始效率的93.1%。
 

　　這一工作不僅揭示了Sn–Pb鈣鈦礦光致降解的結(jié)構(gòu)與動(dòng)力學(xué)機(jī)制，還提出了可推廣至其他窄帶隙體系的穩(wěn)定化分子設(shè)計(jì)思路，為實(shí)現(xiàn)高效、長(zhǎng)壽命全鈣鈦礦串聯(lián)太陽(yáng)能電池提供了重要的材料與方法學(xué)支撐。相關(guān)研究成果以“Lattice stabilization and strain homogenization for suppressing light-induced degradation of Sn–Pb perovskite and all-perovskite tandem solar cells”為題，發(fā)表于 Nature Communications(DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-025-59515-6)。
 

　　寧波材料博士生白楊、寧波材料所博士后孟員員和寧波材料所-浙江工業(yè)大學(xué)聯(lián)培生楊明為該論文的共同第一作者，寧波材料所葛子義研究員和劉暢研究員為該論文的通訊作者。本工作得到了國(guó)家杰出青年科學(xué)基金(21925506)、國(guó)家自然科學(xué)基金(2243000169、U21A20331、81903743、22279151、22275004)以及浙江省“領(lǐng)雁”研發(fā)攻關(guān)計(jì)劃(2024C01091)等項(xiàng)目的資助。
 

　　圖1(a)NTS體系添加劑的作用機(jī)制；(b) 全鈣鈦礦疊層太陽(yáng)能電池器件J-V曲線及其參數(shù)