南京大学谭海仁团队，Science!

1.【科学背景】

目前全钙钛矿串联太阳能电池的功率转换效率（PCE）可达28%，但其可扩展串联模块的最高PCE仅为21.7%。大面积窄带隙Pb-Sn钙钛矿在刮涂过程中会产生快速不可控的不均匀结晶，这是造成单个电池和模块之间巨大效率差距的重要原因。因此，开发大面积高质量的全钙钛矿串联太阳能电池模块极具挑战性。

2.【创新成果】

基于以上研究背景，南京大学谭海仁教授（通讯作者）等人通过引入 Good's 生化缓冲剂的一种掺杂剂（氨基乙酰胺盐酸盐，AAH）来均匀钙钛矿的结晶，扩展了刮涂Pb-Sn钙钛矿薄膜的加工窗口，选择性钝化了钙钛矿的界面缺陷。实现了大面积（20.25 cm²）全钙钛矿串联太阳能电池组件24.5%的高PCE效率。相关研究成果以“Homogeneous crystallization and buried interface passivation for perovskite tandem solar modules”为题发表在最新Science期刊上。

图1. 刮涂Pb-Sn钙钛矿薄膜与太阳能电池的均匀性。© 2024 AAAS

图2. 加工窗口的扩展机制。© 2024 AAAS

图3. 刮涂Pb-Sn钙钛矿薄膜与太阳能电池的光电性能。© 2024 AAAS

图4. 全钙钛矿串联太阳能电池和组件的光伏性能。© 2024 AAAS

3.【科学启迪】

大面积涂覆钙钛矿需要更多时间, 这会加剧钙钛矿相的不均匀结晶。因此，可以通过湿钙钛矿的溶剂缓慢挥发和其缓慢成核来拓展结晶的时间窗口。在本文中添加剂氨基乙酰胺盐酸盐（AAH）被引入到Pn-Sn钙钛矿前驱体中，以此来引发成分之间的相互作用，有效地减慢了钙钛矿涂覆过程中溶剂的挥发，使得钙钛矿薄膜的形成时间窗口从10秒延长到了100秒。AAH的引入钝化了钙钛矿层的界面缺陷，这也是获得高质量太阳能电池组件的重要原因。本工作中串联全钙钛矿太阳能电池组件尺寸超过20 cm², PCE达到了24.5%，为未来商业化提供了重要参考。需要指出的是，与目前商用硅基太阳能电池相比，串联钙钛矿太阳能电池的稳定运行时间仍有巨大提升空间。

原文详情：Gao, et al. Homogeneous crystallization and buried interface passivation for perovskite tandem solar modules, Science (2024). https://www.science.org/doi/10.1126/science.adj6088。