華南理工大學嚴克友教授團隊針對鈣鈦礦電池光熱穩(wěn)定性差的行業(yè)難題，利用綠色配體演變策略，調控全無機窄帶隙鈣鈦礦薄膜的成核結晶，成功制備了全球首個2端全無機鈣鈦礦疊層電池，85 ℃光熱穩(wěn)定性老化測試表現(xiàn)良好。相關成果以“Durable all Inorganic perovskite tandem photovoltaics”為題發(fā)表在Nature上。

　　段程皓博士為本文第一作者，嚴克友教授為唯一通訊作者，華南理工大學為第一完成單位，論文合作者包括德國Christoph J. Brabec教授，瑞典林雪平大學高峰、王鋒教授，香港中文大學路新慧教授，國家納米中心丁黎明研究員等。該工作得到了海外高層次人才計劃、國家自然科學基金，廣東省創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)團隊及青年拔尖人才計劃、興華人才計劃的基金的大力支持。

　　用無機陽離子(如Cs+)取代有機陽離子(如甲銨基(MA+)和甲脒(FA+))制備的全無機鈣鈦礦是提高鈣鈦礦太陽能電池長期光穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性的有效途徑。同時，為了實現(xiàn)更高的光伏效率，實現(xiàn)由多個帶隙子電池組成的疊層太陽能電池是一種可行的方法。無機鉛鈣鈦礦的固有帶隙(1.7-2.3 eV)適合作為疊層太陽能電池的寬帶隙頂電池。利用Pb-Sn混合制備的無機鈣鈦礦可將帶隙縮小到1.25?1.40 eV，適用于疊層太陽能電池的窄帶隙底電池。因此，全無機鈣鈦礦疊層太陽能電池有望打破效率瓶頸，并解決鈣鈦礦電池光熱穩(wěn)定性差的問題。然而，錫離子誘導的較差薄膜形貌和深陷阱態(tài)，無機窄帶隙鈣鈦礦太陽能電池的效率較低，導致目前還沒有關于2端全無機鈣鈦礦疊層太陽能電池的報道。

　　該團隊采用對甲苯磺酰肼的配體演變策略制備了帶隙為1.31 eV的無機窄帶隙CsPb0.4Sn0.6I3鈣鈦礦太陽能電池。配體演變策略實現(xiàn)了一箭三雕的作用，即：低溫處理階段對甲苯磺酰肼作為配體調控鈣鈦礦薄膜的結晶過程，高溫處理時將薄膜中的Sn4+還原成Sn2+減少深能級陷阱態(tài)，同時對甲苯磺酰肼的生成產(chǎn)物對甲苯磺酸又可以作為新的配體鈍化鈣鈦礦薄膜的缺陷態(tài)。帶隙1.31 eV的CsPb0.4Sn0.6I3鈣鈦礦太陽能電池獲得了17.41%的破紀錄效率。結合帶隙為1.92 eV的CsPbI2Br頂電池，首次成功構建了效率為22.57%(認證為21.92%)的2端全無機鈣鈦礦疊層太陽能電池。

　　全無機鈣鈦礦疊層電池的成功構建，有望在未來解決有機-無機雜化鈣鈦礦疊層太陽能電池光熱穩(wěn)定性差的問題。未來，該團隊將針對減少無機寬帶隙子電池的電壓損耗、提高無機窄帶隙子電池的穩(wěn)定性以及減少復合層連接時的電壓損耗，降本增效等開展進一步的研究。

　　論文鏈接：

　　https://www.nature.com/articles/s41586-024-08432-7