對(duì)鹵化物鈣鈦礦結(jié)晶的**控制是實(shí)現(xiàn)高效太陽能電池的關(guān)鍵。基于此，武漢大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 柯維俊教授、方國(guó)家教授帶領(lǐng)其團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出一種借助原位形成的基于氧化物的ABX?結(jié)構(gòu)晶種，以實(shí)現(xiàn)對(duì)鈣鈦礦結(jié)晶與生長(zhǎng)精準(zhǔn)調(diào)控的策略。當(dāng)把錫酸鉀引入鈣鈦礦前驅(qū)體后，它會(huì)與碘化鉛自發(fā)反應(yīng)，生成碘化鉀和錫酸鉛。其中，碘化鉀能夠有效鈍化缺陷，PbSnO?（ABX?-structured）具有 98% 的晶格匹配，可充當(dāng)模板與晶種，助力鈣鈦礦薄膜中預(yù)成核團(tuán)簇的形成，促使晶粒擇優(yōu)取向，并消除中間相過程。 在鈣鈦礦前驅(qū)體以及埋入式空穴傳輸層中均引入錫酸鉀后，單結(jié)1.25eV帶隙 Sn-Pb 鈣鈦礦太陽能電池，不僅實(shí)現(xiàn)了23.12%的效率，穩(wěn)定性也顯著增強(qiáng)。晶種誘導(dǎo)取向結(jié)晶策略在調(diào)控錫鉛鈣鈦礦太陽能電池（Sn - Pb PSCs）的成核與結(jié)晶進(jìn)程中，占據(jù)關(guān)鍵地位。該策略有效攻克了錫鉛鈣鈦礦晶體因生長(zhǎng)速率過快而產(chǎn)生的隨機(jī)晶體取向難題，為研發(fā)高性能的單結(jié)錫鉛鈣鈦礦以及全鈣鈦礦疊層太陽能電池創(chuàng)造了條件。 原位構(gòu)建的ABX?結(jié)構(gòu)晶種層PbSnO?，為錫鉛鈣鈦礦的生長(zhǎng)筑牢了堅(jiān)實(shí)框架。該晶種層與鈣鈦礦之間存在強(qiáng)烈的結(jié)合相互作用，晶格匹配度高達(dá)98%，這為擇優(yōu)取向結(jié)晶提供了強(qiáng)大驅(qū)動(dòng)力。在其影響下，鈣鈦礦薄膜不僅結(jié)晶度顯著提升，呈現(xiàn)出明顯的擇優(yōu)取向，內(nèi)部應(yīng)力也大幅降低。同時(shí)，多電子供體SnO?2?和堿金屬K?離子的引入，與Sn2?、Pb2?和I?發(fā)生配位，高效鈍化了缺陷，提升了載流子傳輸效率。結(jié)晶度的提升與缺陷態(tài)密度的降低，讓單結(jié)錫鉛鈣鈦礦太陽能電池收獲了23.12%的穩(wěn)態(tài)光電轉(zhuǎn)換效率（PCE），穩(wěn)定性也大幅改善。這些單結(jié)電池作為底部子電池的全鈣鈦礦疊層太陽能電池成績(jī)斐然，雙端（2T）電池**光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)28.12%，四端（4T）電池**光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)28.81%。 尤為值得關(guān)注的是，此方法展現(xiàn)出**的普適性，能夠廣泛應(yīng)用于帶隙分別為1.77eV的寬禁帶（WBG）以及1.54eV的常規(guī)帶隙鈣鈦礦太陽能電池體系。總之，ABX?晶種誘導(dǎo)取向結(jié)晶策略為提升鈣鈦礦光伏器件性能開辟了有效路徑，為研發(fā)高效、穩(wěn)定的鈣鈦礦太陽能電池奠定了重要基礎(chǔ)。
文獻(xiàn)信息：
Universal in situ oxide-based ABX3-structured seeds for templating halide perovskite growth in All-perovskite tandemsWeiqing Chen, Shun Zhou, Hongsen Cui, Weiwei Meng, Hongling Guan, Guojun Zeng, Yansong Ge, Sengke Cheng, Zixi Yu, Dexin Pu, Lishuai Huang, Jin Zhou, Guoyi Chen, Guang Li, Hongyi Fang, Zhiqiu Yu, Hai Zhou, Guojia Fang & Weijun Kehttps://www.nature.com/articles/s41467-025-57195-w#Sec2
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