光伏又一次刷新世界纪录！

近日，南京大学现代工程与应用科学学院谭海仁课题组在大面积全钙钛矿叠层组件领域取得新突破，经国际第三方权威认证机构测试，其稳态光电转换效率高达24.5%，刷新了全钙钛矿叠层组件的世界纪录效率，为全钙钛矿叠层电池的量产和商业化应用奠定了技术基础。相关研究成果于2024年2月23日以《Homogeneous crystallization and buried interface passivation for perovskite tandem solar modules》为题，发表于《Science》期刊。

谭海仁教授课题组一直致力于新型全钙钛矿叠层电池技术的研究，近年来，团队通过晶粒表界面钝化策略实现了认证纪录效率达28.0%的小面积全钙钛矿叠层电池（Nature 620, 994, 2023），并进一步通过可量产化制备技术实现了21.7%认证效率的大面积叠层组件（Science 376, 762, 2022）。

然而，大面积全钙钛矿叠层组件的光电转换效率与小面积叠层电池有较大差距，制约了钙钛矿叠层电池的产业化进程。其中窄带隙钙钛矿薄膜的均匀制备是限制大面积组件性能提升的关键问题。现有的规模化制备技术开发均聚焦于常规带隙钙钛矿薄膜，而含锡钙钛矿薄膜的结晶速度快，大面积量产制备的时间窗口短，易出现成膜不均匀的问题。此外，刮涂制备窄带隙钙钛矿时，气吹辅助过程造成了缓慢的至上而下结晶，这种不同步的结晶过程，使得铅锡钙钛矿的底部界面出现大量的缺陷，严重限制了电池的光电性能。

为了解决上述关键问题，谭海仁教授研究团队通过向前驱体溶液中加入一种多功能的两性离子缓冲液-甘氨酰胺盐酸盐，实现了铅锡钙钛矿的结晶调控和埋底界面钝化。甘氨酰胺盐酸盐可与钙钛矿有机阳离子和溶剂之间形成氢键作用，并与钙钛矿前驱体中的金属卤化物形成配合物，抑制钙钛矿结晶过程中的溶剂挥发并延缓钙钛矿的结晶速率，大幅延长了钙钛矿薄膜大面积成膜的制备窗口时间，实现了铅锡钙钛矿薄膜的大面积、均匀化制备。

进一步，甘氨酰胺盐酸盐在前驱体溶液中的高溶解度可以诱导其自发聚集在钙钛矿薄膜的底部界面处，减少底部界面处的缺陷密度，大幅提升钙钛矿薄膜的载流子寿命，将可量产技术制备的铅锡窄带隙单结钙钛矿电池的光电转换效率从18.9%提升至21.4%，这是目前报道涂布技术制备的最高效率，为高效率全钙钛矿叠层组件的制备奠定了技术基础。

结合上述优化思路，研究团队将甘氨酰胺盐酸盐制备的窄带隙子电池与宽带隙子电池结合构筑全钙钛矿叠层电池。为实现大面积组件中各个子电池的有效串联，优化了P1、P2、P3等激光划刻，获得了更大的光电响应活性区域，基于此，研究团队构筑了高效率大面积全钙钛矿叠层组件。

经国际权威机构JET第三方认证，谭海仁课题组研制的全钙钛矿叠层组件的稳态光电转换效率高达24.5%，为目前大面积钙钛矿电池组件的最高转换效率。相关结果已被收录到国际权威的太阳能电池世界纪录效率表《Solar cell efficiency tables》中，为全钙钛矿叠层电池的产业化提供了解决方案。

来源：南大科研

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