本报讯（记者温才妃 通讯员刘逸飞）北京理工大学前沿交叉科学研究院教授陈棋团队与合作者提出了一种简单、普适的晶核工程策略。该策略通过调控前驱液中优势晶核，优化了宽带隙钙钛矿薄膜的织构，提升了薄膜质量，显著提高了钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池的效率与长期运行稳定性。8月2日，相关成果发表于《科学》。
钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池通常将具有复杂组分的宽带隙材料作为顶部电池的吸光层，但这类材料在使役过程中因结晶质量差容易发生离子迁移和相分离，导致钙钛矿/晶硅叠层电池的长期稳定性和使用寿命不理想。改善宽带隙钙钛矿的晶体质量和织构特性需要对其结晶生长过程进行精准控制。然而，这类材料组分复杂，以不同晶核为起点的结晶途径会相互竞争，最终造成薄膜存在多种相态且组分分布不均一，产生大量缺陷。
针对这一问题，团队提出了一种简单、普适的晶核工程策略，通过在前驱液中简单添加长链烷基胺，如油胺碘，形成具有均匀组分分布的单一3C相优势晶核，大幅抑制了其他非理想晶核的产生。同时，结合真空抽气薄膜沉积技术，减少晶核生长过程中局部环境的影响，从而制备出高结晶性且晶面取向高度集中的高质量宽带隙钙钛矿薄膜。
应用晶核工程策略，团队制备出具有更低非辐射复合损失的宽带隙钙钛矿薄膜与钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池，基于1平方厘米和25平方厘米活性面积的器件分别获得了32.5%和29.4%的光电转换效率。这些薄膜表现出更好的光热稳定性。封装的钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池于标准光照条件下，在25摄氏度和50摄氏度下分别跟踪1301小时和800小时后，保持初始效率的98.3%和90%。相较于未优化的样品，其具有更长的运行寿命。此外，器件展现出在临近空间等极端环境应用的可能性。封装后的器件在全谱光照、245开尔文、5千帕低气压下运行56小时后，依然保持了初始效率的90.4%。
相关论文信息：
https://doi.org/10.1126/science.ado9104