近日，我校材料科学与工程学院赵德威团队与厦门大学、南京理工大学、瑞士联邦材料科学与技术研究所（Empa）及德国波茨坦大学合作，报道了1平方厘米全钙钛矿叠层太阳电池的最新研究进展，相关成果“All-perovskite tandem 1 cm2cells with improved interface quality”发表于Nature。四川大学为该论文第一完成单位，我校材料科学与工程学院赵德威教授、陈聪特聘副研究员，厦门大学唐卫华教授和瑞士Empa付帆博士（研究员）为共同通讯作者，我校材料科学与工程学院2020级博士研究生贺锐、南京理工大学博士研究生王万海（厦门大学与南京理工大学联合培养），我校材料科学与工程学院2020级硕士研究生易宗锦及波茨坦大学Felix Lang博士为共同第一作者。
钙钛矿/钙钛矿（全钙钛矿）叠层太阳电池因制备成本低并有望突破单结太阳电池的肖克利-奎伊瑟理论效率极限而备受关注。作为重要组成部分的宽带隙钙钛矿子电池仍然存在亟待解决的基础科学与关键技术问题，如界面缺陷引起的开路电压（VOC）和填充因子（FF）损失，特别是在较大面积的电池上，这些问题尤为显著，严重制约大面积宽带隙钙钛矿和叠层电池的发展。开发新型制备方法和电荷传输材料改善宽带隙钙钛矿子电池的界面质量对提升叠层电池的效率及稳定性意义重大。
该研究基于共轭拓展及锚定策略开发了一种具有膦酸基的自组装单分子层（SAM，即4PADCB）作为空穴传输材料，该材料由唐卫华教授课题组设计合成。独特的空间扭曲结构赋予SAM分子良好的成膜性及表面浸润性，有利于大面积高质量宽带隙钙钛矿薄膜的生长；同时，拓展的共轭范围及有序的分子排列增强了界面电荷抽取与输运能力，大幅抑制了宽带隙钙钛矿太阳电池中界面处载流子非辐射复合损失。这些优点大幅提高了宽带隙电池的VOC和FF，并显著改善了器件的工作稳定性。通过优化，宽带隙钙钛矿电池（孔径面积1.044平方厘米）的最高效率达到18.46%。基于该宽带隙子电池的全钙钛矿叠层电池获得了经日本电气安全环境研究所（JET）认证的世界纪录效率26.4%（该效率被业内权威“Solar cell efficiency tables”收录）。此外，该工作采用多种先进的表征手段，深入地探究和分析了宽带隙子电池及全钙钛矿叠层器件性能提升的物理机制，为大面积宽带隙钙钛矿及全钙钛矿叠层太阳电池的效率和稳定性提升提供了深刻的见解，也为新型、高效空穴传输材料的设计提供了新思路。
该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金委、四川省科技厅、四川大学（工科特色团队项目、中央高校基本科研业务费）等经费支持。
赵德威教授及团队简介：
赵德威，2019年入职四川大学，教授，博士生导师，曾入选2019年国家级青年人才、四川省学术和技术带头人、四川省杰出青年科技人才、四川省青年人才引进计划，曾获德国教育科技部“绿色精英奖(Green Talent)”和国家留学基金委“国家优秀自费留学生奖学金”等。2022年入选科睿唯安“高被引科学家”。主持国家重点研发计划课题、国家重点研发计划“政府间国际科技创新合作”项目、国家自然科学基金面上项目、四川省科技厅杰出青年科技人才项目等。2022年指导学生团队荣获第八届中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛金奖。
赵德威课题组一直致力于研究高性能全钙钛矿叠层太阳能电池光伏材料与器件机理相关的基础科学与关键技术问题。系统探究了宽、窄带隙钙钛矿薄膜结晶动力学过程（Energy Environ. Sci. 2021, 14, 5723；Nat. Energy 2017, 2, 17018; Nat. Energy 2022, 7, 744），设计和开发高效电荷传输有机分子材料、发展了钙钛矿光伏材料合成、结晶退火与添加剂工程等新方法、新思路（Joule 2020, 4, 1263; Adv. Energy Mater. 2021, 11, 2101045; Adv. Mater. 2023, DOI: 10.1002/adma.202300352），设计优化了新型中间连接层（也称复合层或隧穿结）并阐明了载流子复合机制（Nat. Energy 2018, 3, 1093）等，多次实现宽、窄带隙钙钛矿和全钙钛矿叠层电池性能突破。
文章链接：https://www.nature.com/articles/s41586-023-05992-y
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