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。
在線發(fā)表的論文截圖
鈣鈦礦太陽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截然不同的結(jié)晶動力學(xué)，不可控的結(jié)晶過程容易造成薄膜中產(chǎn)生大量的微觀和宏觀結(jié)構(gòu)缺陷。
鈣鈦礦薄膜結(jié)晶成核與生長動力學(xué)原位監(jiān)測
針對這一核心問題，團(tuán)隊(duì)通過在廣泛使用的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)晶過程中的過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，NMP的高沸點(diǎn)特性延緩了濕膜干燥速率，避免過飽和度過高而導(dǎo)致無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、缺陷少且埋底無孔洞的高質(zhì)量鈣鈦礦薄膜；小面積（0.09 cm2）鈣鈦礦太陽能電池獲得25.38%的光電轉(zhuǎn)換效率，開路電壓高達(dá)1.19 V；未封裝的電池在惰性氛圍中運(yùn)行1000小時后仍保持87%的初始效率，展現(xiàn)出優(yōu)異的長期穩(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%。該效率在目前已報道的同類型組件中位居前列，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。
鈣鈦礦太陽電池光伏性能及穩(wěn)定性
簡言之，該研究深入揭示了前驅(qū)體溶劑對鈣鈦礦結(jié)晶動力學(xué)的關(guān)鍵調(diào)控機(jī)制，闡明了配位競爭與過飽和速率平衡對薄膜成核與生長過程的影響規(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)?；苽涮峁┝艘环N普適性的技術(shù)解決方案。
該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、德國科學(xué)基金會（DFG）以及國家留學(xué)基金委員會（CSC）等多個項(xiàng)目的資助。
責(zé)編：李梅