麥耀華教授團(tuán)隊(duì)在EES期刊發(fā)表重要研究成果：平衡前驅(qū)體過(guò)飽和速率和配位能力實(shí)現(xiàn)大面積鈣鈦礦薄膜可控制備
暨南大學(xué)融媒體中心訊 近日，物理與光電工程學(xué)院（理工學(xué)院）新能源技術(shù)研究院在能源領(lǐng)域頂級(jí)期刊Energy & Environmental Science（2025年IF=30.8）上發(fā)表標(biāo)題為“Balancing the supersaturation rate and coordination capability for upscaling high-performance perovskite photovoltaics”的研究成果。新能源技術(shù)研究院麥耀華教授和郭飛研究員、德國(guó)埃爾朗根-紐倫堡大學(xué)邱舒迪博士和Christoph J. Brabec教授為共同通訊作者。
在線(xiàn)發(fā)表的論文截圖
鈣鈦礦太陽(yáng)能電池作為新一代光伏技術(shù)，因其制造成本低、光電轉(zhuǎn)換效率高而備受關(guān)注。雖然實(shí)驗(yàn)室里使用旋涂法制備的小面積電池的效率已接近晶硅太陽(yáng)能電池，但如何實(shí)現(xiàn)高效率電池的規(guī)?；苽淙允氢}鈦礦光伏產(chǎn)業(yè)化的一個(gè)重要挑戰(zhàn)。大面積組件和小面積器件的效率差異主要源自于鈣鈦礦薄膜沉積時(shí)截然不同的結(jié)晶動(dòng)力學(xué)，不可控的結(jié)晶過(guò)程容易造成薄膜中產(chǎn)生大量的微觀(guān)和宏觀(guān)結(jié)構(gòu)缺陷。
鈣鈦礦薄膜結(jié)晶成核與生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)原位監(jiān)測(cè)
針對(duì)這一核心問(wèn)題，團(tuán)隊(duì)通過(guò)在廣泛使用的N,N-二甲基甲酰胺：二甲基亞砜 (DMF:DMSO)溶劑體系中引入少量N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP），巧妙地平衡了結(jié)晶過(guò)程中的過(guò)飽和速率與溶劑配位能力。研究表明，引入的NMP可以削弱DMSO與碘化鉛的強(qiáng)配位能力，促進(jìn)前驅(qū)體濕膜中溶劑的快速解離，從而有利于α相成核；與此同時(shí)，NMP的高沸點(diǎn)特性延緩了濕膜干燥速率，避免過(guò)飽和度過(guò)高而導(dǎo)致無(wú)序成核和剩余溶劑被困于中間相膜內(nèi)部?；谠摻Y(jié)晶調(diào)控策略，最終制備出致密、晶粒大、缺陷少且埋底無(wú)孔洞的高質(zhì)量鈣鈦礦薄膜；小面積（0.09 cm2）鈣鈦礦太陽(yáng)能電池獲得25.38%的光電轉(zhuǎn)換效率，開(kāi)路電壓高達(dá)1.19 V；未封裝的電池在惰性氛圍中運(yùn)行1000小時(shí)后仍保持87%的初始效率，展現(xiàn)出優(yōu)異的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和運(yùn)行耐久性。
為進(jìn)一步驗(yàn)證結(jié)晶調(diào)控策略的可擴(kuò)展性，團(tuán)隊(duì)與廣東脈絡(luò)能源科技有限公司合作，制備了面積為21.84 cm2的組件，效率達(dá)到了23.22%。該效率在目前已報(bào)道的同類(lèi)型組件中位居前列，顯著縮小了實(shí)驗(yàn)室電池與大面積組件之間的效率差距。
鈣鈦礦太陽(yáng)電池光伏性能及穩(wěn)定性
簡(jiǎn)言之，該研究深入揭示了前驅(qū)體溶劑對(duì)鈣鈦礦結(jié)晶動(dòng)力學(xué)的關(guān)鍵調(diào)控機(jī)制，闡明了配位競(jìng)爭(zhēng)與過(guò)飽和速率平衡對(duì)薄膜成核與生長(zhǎng)過(guò)程的影響規(guī)律。該工作不僅為鈣鈦礦薄膜的可控制備提供了科學(xué)依據(jù)，也為實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦光伏從實(shí)驗(yàn)室走向規(guī)模化制備提供了一種普適性的技術(shù)解決方案。
該研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、德國(guó)科學(xué)基金會(huì)（DFG）以及國(guó)家留學(xué)基金委員會(huì)（CSC）等多個(gè)項(xiàng)目的資助。
責(zé)編：李梅