暨大麥耀華AEM：空間限域與動(dòng)態(tài)配位協(xié)同結(jié)晶調(diào)控，實(shí)現(xiàn)高效（27.9%）全鈣鈦礦疊層太陽(yáng)能電池

主要內(nèi)容

在錫鉛（Sn–Pb）窄帶隙（NBG）鈣鈦礦（PVK）的研究領(lǐng)域，結(jié)晶動(dòng)力學(xué)差異以及Sn2?的偏析問題，一直是導(dǎo)致鉛（Pb）/錫（Sn）分布不均的“頑疾”。這種不均勻分布不僅會(huì)引發(fā)有害的能帶波動(dòng)，還會(huì)造成界面復(fù)合，嚴(yán)重制約了鈣鈦礦太陽(yáng)能電池性能的進(jìn)一步提升，成為該領(lǐng)域亟待攻克的關(guān)鍵科學(xué)挑戰(zhàn)。

在此關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，暨南大學(xué)麥耀華教授、范建東教授、吳紹航教授帶領(lǐng)其團(tuán)隊(duì)，憑借深厚的專業(yè)知識(shí)和敏銳的科研洞察力，創(chuàng)新性地報(bào)道了一種經(jīng)工程化設(shè)計(jì)的多功能環(huán)糊精衍生物（MCD）添加劑。該添加劑**匠心地帶有6 - 8個(gè)巰基（-SH），猶如一把“精密鑰匙”，為解決上述難題提供了全新思路。

團(tuán)隊(duì)開展的系統(tǒng)性研究發(fā)現(xiàn)，MCD添加劑具備雙重**功能。一方面，它憑借自身強(qiáng)大的還原能力，能夠有效抑制Sn2?的氧化，從源頭上減少了缺陷的產(chǎn)生；另一方面，通過硫 - 金屬動(dòng)態(tài)配位鍵，MCD可與Pb2?/Sn2?進(jìn)行雙重螯合，精準(zhǔn)調(diào)控結(jié)晶動(dòng)力學(xué)。理論分析與實(shí)驗(yàn)研究相互印證，結(jié)果顯示這種雙功能機(jī)制顯著減緩了成核過程中的離子遷移速率，為高質(zhì)量NBG PVK薄膜的生長(zhǎng)創(chuàng)造了有利條件。同時(shí)，它還降低了缺陷密度，成功實(shí)現(xiàn)了Pb/Sn分布的均勻化。

深入探究其作用機(jī)制，MCD的多齒巰基配位作用發(fā)揮了關(guān)鍵作用。它與Pb2?/Sn2?形成了動(dòng)態(tài)螯合網(wǎng)絡(luò)，如同一個(gè)智能“調(diào)控器”，能夠**調(diào)節(jié)離子的釋放速率，有效抑制了局部過飽和現(xiàn)象的發(fā)生。此外，MCD的環(huán)狀寡糖骨架產(chǎn)生的空間位阻效應(yīng)，如同為離子設(shè)置了“隔離屏障”，進(jìn)一步抑制了離子團(tuán)聚和無序成核途徑。結(jié)合可逆的金屬 - 巰基配位作用，團(tuán)隊(duì)成功構(gòu)建了一個(gè)自緩沖體系，為鈣鈦礦結(jié)晶過程提供了穩(wěn)定的環(huán)境。

具體而言，MCD的6 - 8個(gè)巰基（-SH）賦予了它獨(dú)特的雙重功能機(jī)制，可實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)晶過程的**控制。其強(qiáng)還原性不僅能夠有效抑制Sn2?氧化，還能實(shí)現(xiàn)缺陷鈍化，提升材料的質(zhì)量；多齒硫 - 金屬配位則可同時(shí)螯合Pb2?和Sn2?離子，調(diào)節(jié)離子遷移速率，平衡Pb/Sn結(jié)晶動(dòng)力學(xué)，確保結(jié)晶過程的均勻性和穩(wěn)定性。Pb/Sn離子分布的均勻化進(jìn)一步優(yōu)化了鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（PSC）內(nèi)的能帶結(jié)構(gòu)，有效防止了能量不利能帶構(gòu)型處的電荷積累，極大地提高了載流子傳輸性能，為電池性能的提升奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

在團(tuán)隊(duì)的不懈努力下，*終取得了令人矚目的成果。優(yōu)化后的NBG PVK太陽(yáng)能電池實(shí)現(xiàn)了22.3%的光電轉(zhuǎn)換效率，非輻射損失得到顯著抑制。在此基礎(chǔ)上，全鈣鈦礦疊層太陽(yáng)能電池的效率更是達(dá)到了27.9%，并且具備極高的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，可穩(wěn)定運(yùn)行1320小時(shí)。這一系列成果不僅彰顯了團(tuán)隊(duì)在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池領(lǐng)域的深厚實(shí)力，也為該技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用帶來了新的希望。

該團(tuán)隊(duì)提出的“動(dòng)態(tài)配位 - 空間限域”協(xié)同策略，為多元鈣鈦礦的結(jié)晶控制提供了全新的視角和深刻的見解。這一策略具有廣泛的適用性，可推廣至其他易發(fā)生成分偏析的光電材料，為相關(guān)領(lǐng)域的研究提供了重要的參考和借鑒。

展望未來，麥耀華教授、范建東教授、吳紹航教授帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)砥礪前行。他們將聚焦于開發(fā)原位表征技術(shù)，深入探究結(jié)晶過程中的配位動(dòng)力學(xué)，揭開鈣鈦礦結(jié)晶的神秘面紗；同時(shí)，積極探索可規(guī)?；苽浞椒?，推動(dòng)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向工業(yè)生產(chǎn)，為實(shí)現(xiàn)全球能源的可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)智慧和力量。

文獻(xiàn)信息：

Steric Confinement and Dynamic Coordination Synergy for Crystallization Control in 27.9%-Efficient All-Perovskite Tandem Solar Cell

Qingchen He, Peng Liu, Hongbing Li, Wei Feng, Yujiao Ma, Mengen Ma, Maoyuan Wu, Yunfei Yang, Xiaoxuan Lin, Ze Xiao, Shaohang Wu, Jiandong Fan, Yaohua Mai

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202502835

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