深圳理工团队攻克全钙钛矿叠层电池核心难题

近日，中国科学院院士、深圳理工大学院士工作站教授成会明，材料科学与能源工程学院副教授白杨联合英国萨里大学教授张伟，在Science Advances上发表最新研究成果，创新性提出硫醚配位调控策略，从结晶动力学根源上解决了窄带隙锡铅钙钛矿组分不均与Sn²⁺易氧化的核心难题。基于该策略制备的全钙钛矿叠层太阳能电池实验室效率达29.44%，第三方认证效率28.84%，器件运行稳定性较传统器件提升3倍以上，为全钙钛矿叠层光伏技术商业化应用提供了关键支撑。

论文上线截图

窄带隙锡铅（Sn-Pb）钙钛矿是全钙钛矿叠层电池的“底电池”核心材料，但它存在两大短板：

过去行业里的解决办法都属于“事后补救”：要么额外加抗氧化物质，要么在材料表面做钝化涂层，治标不治本，没法从根源解决结晶不均、易氧化的问题。本次研究中，团队另辟蹊径，揭示了问题的核心根源在于结晶初期的动力学失衡：Sn²⁺更强的路易斯酸性和更低的溶解度使其成核速率远快于Pb²⁺，导致薄膜“先天”组分不均。基于这一发现，团队设计了含硫醚基团的多功能配体S-烯丙基-L-半胱氨酸（SALC），实现对结晶过程的“主动调控”。

配体分子调控锡铅钙钛矿结晶的表征。（A）核磁共振光谱；（B）红外光谱；（C）XRD图；（D）原位PL光谱；（E）原位吸收光谱；（F）TOF-SIMS图；（G）XPS光谱；（H-I）GIXRD曲线

其核心作用机制分为三个关键维度

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团队的这一举措同时解决了“结晶速率不一致”“成分不均”和“材料易氧化”三大难题，实现了一举三得。

研究团队对该策略进行了系统验证。以SALC为空穴传输层（实际为添加剂）制备的窄带隙（1.25eV）锡铅单结钙钛矿太阳能电池获得22.99%光电转换效率，处于同类器件领先水平。当集成至全钙钛矿叠层太阳能电池后（宽带隙顶电池为1.77eV），叠层冠军器件实现29.44%的实验室效率（认证效率28.84%，稳定输出28.46%），认证开路电压2.169V，短路电流16.25 mA cm⁻²，填充因子81.97%，在同类型钙钛矿叠层电池里属于顶尖水准。

在稳定性方面，团队分三组实验直观对比了改良前后的电池寿命：

器件性能与稳定性表征。（A）窄带隙冠军器件J-V曲线；（B）窄带隙冠军EQE曲线;（C）储存稳定性；（D）叠层冠军器件J-V曲线；（E）叠层器件EQE曲线；（F）第三方认证效率；（G）稳定功率输出（SPO）；(H）储存稳定性；（I）叠层MPPT稳定性对比