暨大麥耀華AEM：空間限域與動態(tài)配位協(xié)同結(jié)晶調(diào)控，實現(xiàn)高效（27.9%）全鈣鈦礦疊層太陽能電池

主要內(nèi)容

在錫鉛（Sn–Pb）窄帶隙（NBG）鈣鈦礦（PVK）的研究領(lǐng)域，結(jié)晶動力學(xué)差異以及Sn2?的偏析問題，一直是導(dǎo)致鉛（Pb）/錫（Sn）分布不均的“頑疾”。這種不均勻分布不僅會引發(fā)有害的能帶波動，還會造成界面復(fù)合，嚴重制約了鈣鈦礦太陽能電池性能的進一步提升，成為該領(lǐng)域亟待攻克的關(guān)鍵科學(xué)挑戰(zhàn)。

在此關(guān)鍵節(jié)點，暨南大學(xué)麥耀華教授、范建東教授、吳紹航教授帶領(lǐng)其團隊，憑借深厚的專業(yè)知識和敏銳的科研洞察力，創(chuàng)新性地報道了一種經(jīng)工程化設(shè)計的多功能環(huán)糊精衍生物（MCD）添加劑。該添加劑**匠心地帶有6 - 8個巰基（-SH），猶如一把“精密鑰匙”，為解決上述難題提供了全新思路。

團隊開展的系統(tǒng)性研究發(fā)現(xiàn)，MCD添加劑具備雙重**功能。一方面，它憑借自身強大的還原能力，能夠有效抑制Sn2?的氧化，從源頭上減少了缺陷的產(chǎn)生；另一方面，通過硫 - 金屬動態(tài)配位鍵，MCD可與Pb2?/Sn2?進行雙重螯合，精準調(diào)控結(jié)晶動力學(xué)。理論分析與實驗研究相互印證，結(jié)果顯示這種雙功能機制顯著減緩了成核過程中的離子遷移速率，為高質(zhì)量NBG PVK薄膜的生長創(chuàng)造了有利條件。同時，它還降低了缺陷密度，成功實現(xiàn)了Pb/Sn分布的均勻化。

深入探究其作用機制，MCD的多齒巰基配位作用發(fā)揮了關(guān)鍵作用。它與Pb2?/Sn2?形成了動態(tài)螯合網(wǎng)絡(luò)，如同一個智能“調(diào)控器”，能夠**調(diào)節(jié)離子的釋放速率，有效抑制了局部過飽和現(xiàn)象的發(fā)生。此外，MCD的環(huán)狀寡糖骨架產(chǎn)生的空間位阻效應(yīng)，如同為離子設(shè)置了“隔離屏障”，進一步抑制了離子團聚和無序成核途徑。結(jié)合可逆的金屬 - 巰基配位作用，團隊成功構(gòu)建了一個自緩沖體系，為鈣鈦礦結(jié)晶過程提供了穩(wěn)定的環(huán)境。

具體而言，MCD的6 - 8個巰基（-SH）賦予了它獨特的雙重功能機制，可實現(xiàn)對結(jié)晶過程的**控制。其強還原性不僅能夠有效抑制Sn2?氧化，還能實現(xiàn)缺陷鈍化，提升材料的質(zhì)量；多齒硫 - 金屬配位則可同時螯合Pb2?和Sn2?離子，調(diào)節(jié)離子遷移速率，平衡Pb/Sn結(jié)晶動力學(xué)，確保結(jié)晶過程的均勻性和穩(wěn)定性。Pb/Sn離子分布的均勻化進一步優(yōu)化了鈣鈦礦太陽能電池（PSC）內(nèi)的能帶結(jié)構(gòu)，有效防止了能量不利能帶構(gòu)型處的電荷積累，極大地提高了載流子傳輸性能，為電池性能的提升奠定了堅實基礎(chǔ)。

在團隊的不懈努力下，*終取得了令人矚目的成果。優(yōu)化后的NBG PVK太陽能電池實現(xiàn)了22.3%的光電轉(zhuǎn)換效率，非輻射損失得到顯著抑制。在此基礎(chǔ)上，全鈣鈦礦疊層太陽能電池的效率更是達到了27.9%，并且具備極高的長期穩(wěn)定性，可穩(wěn)定運行1320小時。這一系列成果不僅彰顯了團隊在鈣鈦礦太陽能電池領(lǐng)域的深厚實力，也為該技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用帶來了新的希望。

該團隊提出的“動態(tài)配位 - 空間限域”協(xié)同策略，為多元鈣鈦礦的結(jié)晶控制提供了全新的視角和深刻的見解。這一策略具有廣泛的適用性，可推廣至其他易發(fā)生成分偏析的光電材料，為相關(guān)領(lǐng)域的研究提供了重要的參考和借鑒。

展望未來，麥耀華教授、范建東教授、吳紹航教授帶領(lǐng)的團隊將繼續(xù)砥礪前行。他們將聚焦于開發(fā)原位表征技術(shù)，深入探究結(jié)晶過程中的配位動力學(xué)，揭開鈣鈦礦結(jié)晶的神秘面紗；同時，積極探索可規(guī)?；苽浞椒ǎ苿逾}鈦礦太陽能電池技術(shù)從實驗室走向工業(yè)生產(chǎn)，為實現(xiàn)全球能源的可持續(xù)發(fā)展貢獻智慧和力量。

文獻信息：

Steric Confinement and Dynamic Coordination Synergy for Crystallization Control in 27.9%-Efficient All-Perovskite Tandem Solar Cell

Qingchen He, Peng Liu, Hongbing Li, Wei Feng, Yujiao Ma, Mengen Ma, Maoyuan Wu, Yunfei Yang, Xiaoxuan Lin, Ze Xiao, Shaohang Wu, Jiandong Fan, Yaohua Mai

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202502835

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