1.【科学背景】

串联光伏电池（PV）由于更小的热损失可以获得更有效的太阳能光电转换。钙钛矿材料具有特殊的带隙可调性，使得其具有优异的单片集成多结电池能力，成为光伏领域的研究热点。对于全钙钛矿双结和多结电池，由于Sn（II）易氧化为Sn（IV）以及此过程中难以控制的结晶动力学，限制了进一步的研究。目前，广泛使用各种添加剂或非氧化溶剂来抑制Sn（II）的氧化，以及通过表面修饰来提高电池性能。相比之下，前驱体溶液化学及其对结晶过程和膜性质影响的研究是有限的。

2.【创新成果】

基于以上研究背景，英国牛津大学Snaith教授、胡帅峰博士、日本京都大学Wakamiya教授（共同通讯作者）等人发现，Sn（II）在与前驱体和添加剂的相互作用中占主导地位，羧酸可以调节溶液的胶体性质和薄膜结晶过程，而铵盐则可以提高薄膜的光电性能。通过二者结合，氨基酸盐材料显著改善了钙钛矿薄膜的半导体质量和均匀性。相关研究成果以“Steering perovskite precursor solutions for multijunction photovoltaics”为题发表在最新Nature期刊上。

图1. Sn-Pb钙钛矿前驱体溶液的化学性质。© 2024 Springer Nature

图2. Sn-Pb钙钛矿薄膜的形貌、结晶性和电子性质。© 2024 Springer Nature

图3. Sn-Pb钙钛矿薄膜的光电性能表征。© 2024 Springer Nature

图4. 组装的太阳能电池器件。© 2024 Springer Nature

3.【科学启迪】

在本工作中，作者通过对Sn-Pb钙钛矿前驱体溶液化学性质的研究，揭示了氨基酸盐在调节溶液胶体性质、薄膜结晶以及光电性能方面的独特作用。由于羧酸可以对溶液胶体性质和薄膜结晶发挥调节作用，而铵盐则有助于提高薄膜的光电性能方，二者结合后氨基酸盐能显著改善了钙钛矿薄膜的均匀性和半导体质量，超过了单独使用这些功能基团的效果，制备的单结、双结和三结钙钛矿太阳能电池，分别实现了23.9%、29.7%和28.7%的光电转换效率（最高认证效率为29.26%）。以上发现为优化前驱体溶液、控制钙钛矿薄膜制备工艺，从而进一步提升光伏器件性能、推动其实际应用提供了新的思路。

原文详情：Hu, et al. Steering perovskite precursor solutions for multijunction photovoltaics. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-08546-y。