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研究院在《先进材料》发表全钙钛矿叠层太阳能电池领域最新研究成果

15日,武汉量子技术研究院王植平研究团队和武汉大学合作,在《先进材料》(Advance Materials, IF=29.4)在线发表了在钙钛矿太阳能电池领域最新研究成果。论文题为“Constructing ultra-shallow near-edge states for efficient and stable perovskite solar cells (《构建超浅近边态实现高效稳定的钙钛矿太阳能电池》)

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制备高效且稳定的钙钛矿太阳能电池对推动日后产业化进程尤为重要。王植平团队与合作者,从半导体能带结构设计出发,提出了一种能带工程构建超浅近边态的策略(如图a所示),通过特定的分子工程对钙钛矿半导体电子态的调控,实现了有效的掺杂。如图b所示,首先采用F-PEAI对钙钛矿进行体内掺杂处理,弱化表面Pb-I键能,再通过PEAI进行钙钛矿表面后处理,从而使表面I游离出来,改变能带结构并形成超浅近边态(如图c所示),实验结果发现近边态有效提高了载流子浓度和寿命,并抑制了钙钛矿的降解。如图de所示,基于此策略单节倒置钙钛矿太阳能电池效率得到了大幅提升,达到了25.4%(认证效率>25.0%),1 cm2的器件效率也达到了23.6%(认证效率为22.7%)。

此论文揭示了超浅近边态有助于提升钙钛矿太阳能电池性能的内在物理机制,并强调了特定分子掺杂方式可有效调控钙钛矿能带结构中电子态。从而促进载流子输运,实现高效稳定的钙钛矿太阳能电池。理论计算和实验共同证明了这一点。这种简易能带工程策略为日后钙钛矿太阳能电池性能的改善提供了有力的理论和实验基础,也推动了光伏领域的进一步发展。

致谢:此论文受到国家重点研发计划(2022YFA1404900)国家自然科学基金(No. 62074115)和湖北省珞珈实验室专项基金(No.220100023)的资助。测试得到武汉大学科研公共服务条件平台的支持。



论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202309487