第一作者：葉秋楓
共同通訊作者：方澤波
發(fā)表期刊：Energy & Environmental Science
期刊5-Year Impact Factor：34.9
第一單位：紹興文理學(xué)院
論文DOI：https://doi.org/10.1039/D4EE00666F
圖片摘要
研究介紹
隨著全球人口持續(xù)增長(zhǎng)，工業(yè)化的繼續(xù)發(fā)展，能源緊缺、環(huán)境污染與人類(lèi)社會(huì)發(fā)展之間的矛盾已經(jīng)日益顯現(xiàn)，發(fā)展可再生能源迫在眉睫。太陽(yáng)能光伏是新興的高科技產(chǎn)業(yè)，是最具發(fā)展前途的清潔低碳、可再生能源技術(shù)之一。因此，發(fā)展太陽(yáng)能光伏技術(shù)對(duì)我國(guó)實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”、“碳中和”，穩(wěn)固我國(guó)太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)的國(guó)際地位具有重要意義。
近年來(lái)，在太陽(yáng)能光伏領(lǐng)域，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（PSCs）由于其光電轉(zhuǎn)換效率高、成本低廉、柔性可用等諸多優(yōu)點(diǎn)引發(fā)了人們的研究熱潮。目前處于世界領(lǐng)先水平的有機(jī)無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦太陽(yáng)電池認(rèn)證效率已經(jīng)達(dá)到26.1%，超過(guò)了商業(yè)化的碲化鎘、銅銦鎵硒和多晶硅薄膜太陽(yáng)能電池。但是要突破單結(jié)太陽(yáng)能電池S-Q理論極限，必須采用疊層電池的方案。
其中，寬帶隙甲脒-銫（FA-Cs）碘-溴混合鈣鈦礦（~1.7 eV）因與晶體硅和其他低帶隙太陽(yáng)能電池集成時(shí)具有實(shí)現(xiàn)高效串聯(lián)光伏發(fā)電的潛力而受到極大關(guān)注。然而，它們的功率轉(zhuǎn)換效率仍然低于含有甲胺（MA）的寬帶隙鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，這主要是由于高開(kāi)路電壓損失（> 0.43 V）。
鑒于此，我校方澤波&葉秋楓于Energy & Environmental Science刊發(fā)抑制無(wú)MA寬帶隙鈣鈦礦薄膜中的電荷復(fù)合，用于高性能和穩(wěn)定的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的研究成果。
首先通過(guò)在 FA0.8Cs0.2Pb(I0.75Br0.25)3鈣鈦礦前驅(qū)體中摻入定量的碘化銣(RbI)，鈣鈦礦薄膜結(jié)晶度和體缺陷得到顯著優(yōu)化。
此外，進(jìn)一步提出了一種依次構(gòu)建表面異質(zhì)結(jié)和使用三辛基氧化膦（TOPO）的全方位界面工程策略，使用FAI在鈣鈦礦表面構(gòu)建異質(zhì)結(jié)，可以實(shí)現(xiàn)鈍化界面及提高光吸收效果。進(jìn)一步使用TOPO可以顯著鈍化 FA0.8Cs0.2Pb(I0.75Br0.25)3鈣鈦礦晶界和欠配位缺陷，載流子壽命大幅度提高，同時(shí)TOPO也可以?xún)?yōu)化器件能帶結(jié)構(gòu)，有利于載流子的有效傳輸。
結(jié)果，1.685 eV的目標(biāo)無(wú)MA寬帶隙正式太陽(yáng)能電池實(shí)現(xiàn)了23.35%的效率和1.30?V的高開(kāi)路電壓（創(chuàng)紀(jì)錄的開(kāi)壓損失0.385 V），這是目前寬帶隙鈣鈦礦體系太陽(yáng)能電池效率的世界紀(jì)錄。
最重要的是，未封裝的太陽(yáng)能電池還表現(xiàn)出令人印象深刻的空氣儲(chǔ)存穩(wěn)定性、工作穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。優(yōu)化后的器件在濕度為10%的干燥手套箱內(nèi)放置3500小時(shí)仍可以保持初始效率94.1%，在器件MPP工作測(cè)試300小時(shí)可以保持初始效率的85%左右。
此外，在1 cm2寬帶隙太陽(yáng)能電池上的效率為19.54%，在0.04 cm2反式寬帶隙太陽(yáng)能電池上的效率為21.31%。
上述研究以“Suppressing Charge Recombination in Methylammonium-free Wide-bandgap Perovskite Film for High-performance and Stable Perovskite Solar Cells”為題于2024年5月3日在線(xiàn)發(fā)表于能源領(lǐng)域頂級(jí)期刊Energy & Environmental Science。這項(xiàng)工作在我校微機(jī)電系統(tǒng)浙江省工程研究中心（MEMS工程研究中心）完成。論文第一作者為我校數(shù)理信息學(xué)院葉秋楓博士，碩士研究生胡文正為共同一作，我校的方澤波教授為共同通訊作者。研究得到了中國(guó)博士后科學(xué)基金、浙江省自然科學(xué)基金和紹興市科技計(jì)劃項(xiàng)目等資助。
期刊介紹：《能源環(huán)境科學(xué)》（Energy & Environmental Science）由英國(guó)皇家化學(xué)學(xué)會(huì)（RSC）出版社主辦，在國(guó)際上享譽(yù)盛名，是RSC旗下世界公認(rèn)的能源與環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的頂級(jí)期刊，在能源和環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域400余份期刊中排名第一，2022年最新影響因子為39.714，五年平均影響因子34.9。
作者簡(jiǎn)介
第一作者 葉秋楓
數(shù)理信息學(xué)院教師，博士，主要研究方向?yàn)楦咝Х€(wěn)定鈣鈦礦太陽(yáng)能電池技術(shù)。主持浙江省自然科學(xué)基金、中國(guó)博士后科學(xué)基金面上項(xiàng)目、紹興市科技計(jì)劃項(xiàng)目各1項(xiàng)。相關(guān)成果以第一作者或共同作者在Nature Energy、Nature Photonics、Advanced Materials、Nature Communications、Small等期刊發(fā)表。2023年以第一指導(dǎo)教師指導(dǎo)學(xué)生獲大學(xué)生“互聯(lián)網(wǎng)+”創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽國(guó)家銅獎(jiǎng)。
共同通訊作者 方澤波
數(shù)理信息學(xué)院院長(zhǎng)，博士/教授，香港城市大學(xué)訪(fǎng)問(wèn)學(xué)者，微機(jī)電系統(tǒng)浙江省工程研究中心主任，浙江省高校高水平創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人，浙江省一流專(zhuān)業(yè)、省高校新興特色專(zhuān)業(yè)“微電子科學(xué)與工程”專(zhuān)業(yè)負(fù)責(zé)人。主持獲批國(guó)家級(jí)和省部級(jí)項(xiàng)目各4項(xiàng)；發(fā)表SCI收錄論文100多篇，獲Nature子刊2次專(zhuān)題報(bào)道；獲授權(quán)發(fā)明專(zhuān)利24件。獲得浙江省教學(xué)成果獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)、紹興市科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)、甘肅省高校科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)、復(fù)旦大學(xué)優(yōu)秀博士后等獎(jiǎng)勵(lì)。入選浙江省高校優(yōu)秀青年教師資助計(jì)劃、浙江省高校中青年學(xué)科帶頭人培養(yǎng)對(duì)象、浙江省“新世紀(jì)151人才工程”第二層次培養(yǎng)計(jì)劃、首批紹興“名士之鄉(xiāng)”特支計(jì)劃。
編輯：蘇標(biāo)標(biāo) 嚴(yán)許媖
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