24.8%！钙钛矿叠层电池效率破世界记录

全球光伏 2022-05-20

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近日，南京大学谭海仁教授课题组联合朱嘉教授、李爱东教授和张春峰教授，开发出一种通过归中反应来减少混合Pb-Sn窄带钙钛矿中锡空位的策略，从而提高了全钙钛矿串联叠层太阳能电池的性能和稳定性，经第三方认证机构检测，小面积电池转换效率高达24.8%、大面积叠层电池效率达22.1%，均为目前报道钙钛矿叠层电池的世界记录。

在这个工作中，作者开发出一种简单有效的还原锡前体溶液（TRP）策略，该策略通过添加少量金属锡粉来防止窄带隙钙钛矿前体溶液中的Sn²⁺氧化为Sn⁴⁺。残留的锡颗粒在通过过滤溶液制膜之前被除去。

通过采用这种策略，能够减少晶粒内部的Sn空位，从而在混合的Pb-Sn钙钛矿薄膜中实现3μm的载流子扩散长度，其材料质量可与纯铅钙钛矿相当（具扩散长度为3.5μm，PCE高于22％）。在带隙为1.22-eV的混合Pb-Sn窄带隙PSC中，获得了目前报道最高的PCE，为21.1％，填充因子（FF）高于80％，J_sc值高于32 mA/cm²。

作者进一步开发了一种新型隧穿复合结结构，该复合结通过利用原子层沉积制备的致密SnO₂层，避免了使用溅射法制备的ITO。

对于混合Pb-Sn单结太阳能电池，作者获得了21.1％（经认证的效率为19.5％）的PCE，对于小面积和大面积的全钙钛矿串联叠层太阳能电池，分别获得了24.8％和22.1％的认证效率。

并且串联叠层太阳能电池表现出良好的稳定性，在MPP条件下，在一个标准太阳光照射下运行463小时后仍能保持90％的初始性能。

（a）全钙钛矿叠层太阳能电池结构示意图和电池SEM截面图；（b）有无Au在隧穿结中全钙钛矿叠层太阳能电池的J-V曲线；（c）小面积全钙钛矿叠层太阳能电池的J-V曲线；

（d）大面积全钙钛矿叠层太阳能电池的J-V曲线。

该成果以题为“Monolithic All-Perovskite Tandem Solar Cells with 24.8% Efficiency Exploiting Comproportionation to Suppress Sn(Ⅱ) Oxidation in Precursor Ink”发表在Nature Energy上。