再次发力！南京大学最新Nature

全钙钛矿串联太阳能电池比单结钙钛矿太阳能电池具有更高的功率转换效率(PCE)，同时保持较低的制造成本。然而，它们的性能在很大程度上仍然受到混合Pb-Sn窄带隙钙钛矿亚电池性能低于标准的制约。虽然由混合的2D/3D钙钛矿组成的异质结可以减少表面复合，但这种常见的策略会导致输运损失，从而限制了器件填充系数。

2023年6月8日，南京大学谭海仁团队在Nature 在线发表题为“All-perovskite tandem solar cells with 3D/3D bilayer perovskite heterojunction”的研究论文，该研究开发了一种具有3D/3D双层钙钛矿异质结的全钙钛矿串联太阳能电池。

全钙钛矿串联太阳能电池包括铅基混合溴化物/碘化物宽带隙(WBG，~1.8 eV)钙钛矿顶部电池和混合铅锡(Pb-Sn)窄带隙(NBG，~1.2 eV)钙钛矿底部电池。串联太阳能电池理论上优于单结太阳能电池，因为它增加了太阳能光谱利用率的范围和更低的热化损失。结合高效率限制和廉价制造，全钙钛矿串联太阳能电池有望成为下一代光伏(PV)技术。

先前报道的全钙钛矿串联太阳能电池具有不良的Voc，并且在混合的Pb-Sn钙钛矿底部电池中具有相对较低的FF。它们主要是由Pb-Sn钙钛矿和富勒烯(C60)基电子传输层(ETL)界面上的非辐射载流子重组引起的。通过在钙钛矿薄膜表面进行后处理构建混合的2D/3D钙钛矿异质结是迄今为止研究最多的抑制钙钛矿太阳能电池(PSCs)表面重组的方法。虽然2D/3D异质结可以在一定程度上减轻界面重组损失，但由于其不对称的电导率和潜在的不均匀分布，2D层可能会阻碍电荷传输，从而增加PSCs的串联电阻。

3D/3D双层钙钛矿异质结混合Pb-Sn窄带隙钙钛矿太阳能电池的器件结构及光伏性能（图源自Nature ）

为了从根本上解决表面钝化和钝化层导电性之间的权衡，研究人员试图通过用更具导电性的3D钙钛矿取代 2D中间层来设计一种新型异质结。由于Pb2+或Sn2+离子的迁移被明显禁止，当以卤化铅钙钛矿作为界面层时，在Pb-Sn钙钛矿底部电池内仅使用三维钙钛矿构建异质结是可行的。然而，要构建这种3D/3D双层钙钛矿异质结(PHJ)，必须克服一些挑战：传统的卤化铅钙钛矿溶液沉积会对底层的铅锡钙钛矿吸收剂造成不可逆的损害。

该研究在Pb-Sn钙钛矿/电子输运层界面处建立了具有II型能带结构的非混相3D/3D双层钙钛矿异质结，抑制了界面非辐射复合，促进了电荷的提取。双层钙钛矿异质结是通过混合蒸发/溶液处理方法在混合的Pb-Sn窄带隙钙钛矿上沉积一层卤化铅宽带隙钙钛矿而形成的。这种异质结构能够将具有1.2μm厚吸收体的Pb-Sn钙钛矿太阳能电池的PCE提高到23.8%，以及高开路电压（Voc）的 0.873 V，填充因子高达 82.6%。因此，作者在全钙钛矿串联太阳能电池中展示了创纪录的28.5%（认证为28.0%）的PCE。封装的串联设备在模拟单太阳照明下连续运行 90 小时后，仍保持其初始性能的600%以上。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-023-06278-z

转自：“iNature”微信公众号

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