【儀表網 研發快訊】近日，權威科學期刊Nature Materials刊發了四川大學材料科學與工程學院趙德威團隊關于高性能疊層太陽能電池的通用型添加劑的News & Views觀點文章“One additive for all”。趙德威教授為論文第一作者，趙德威教授和蘇州大學李亮教授為論文共同通訊作者，四川大學為論文的第一通訊單位。
鈣鈦礦/鈣鈦礦/硅三結(疊層)太陽能電池的理論轉換效率高達49%，遠超鈣鈦礦/硅疊層電池和單結電池的肖克利-奎伊瑟極限效率，是極具發展潛力的新型光伏技術。然而，寬帶隙和中間帶隙鈣鈦礦組分的本征不穩定性嚴重限制了鈣鈦礦/鈣鈦礦/硅三結(疊層)電池的發展，同時也是鈣鈦礦電池產業化必須解決的核心痛點。
文章對Nature Materials期刊近期發表的關于鈣鈦礦/鈣鈦礦/硅三結(疊層)太陽能電池的最新研究進展(Nat. Mater. https://doi.org/10.1038/s41563-025-02367-8 (2025))進行了介紹，研究發現將3-氨基丙酸碘鹽(3A)分子引入到1.50 eV帶隙鈣鈦礦晶格中可以增強鈣鈦礦薄膜的穩定性。這主要是歸因于3A分子中的羧基(-COOH)可以與鈣鈦礦晶格中的鉛(Pb2+)、銫(Cs+)和甲脒(FA+)等陽離子形成化學鍵，在增加鈣鈦礦相變能壘的同時抑制可誘導鈣鈦礦發生相變的空位缺陷的形成，進而在根源上改善鈣鈦礦的相穩定性。這一策略有效提升了1.50 eV和2.0 eV帶隙鈣鈦礦薄膜的穩定性，最終制備了28.7%效率的鈣鈦礦/鈣鈦礦/硅三結(疊層)太陽能電池，并展現出優異的性能重復性和運行穩定性。
文章指出，-COOH不僅可以改善鈣鈦礦薄膜的相穩定性，由于其與Sn2+的結合能更強(相對于Pb2+而言)，還可以通過延緩錫(Sn)鈣鈦礦組分的結晶生長速度來調控Sn-Pb窄帶隙鈣鈦礦薄膜的結晶生長過程，從而制備出高質量的Sn-Pb鈣鈦礦薄膜(Nat. Energy 8, 714-724 (2023)；Nat. Commun. 16, 240 (2025))。上述研究表明，具有特定官能團的小分子添加劑在不同帶隙鈣鈦礦薄膜中發揮了普適性的潛力，這也為開發功能導向型分子提供了新思路。
文章還進一步指出，設計與合成既能調控鈣鈦礦結晶生長，又能鈍化鈣鈦礦表/界面缺陷的添加劑分子將會是未來疊層電池研究的一個熱點方向。此外，文章認為對晶硅底電池上生長的鈣鈦礦薄膜和寬帶隙頂電池進行直接表征和分析，可以更直觀地揭示真實疊層電池中鈣鈦礦-添加劑以及鈣鈦礦-埋底界面材料之間相互作用機制，這將對鈣鈦礦/晶硅疊層電池的發展具有指導意義，可有力促進該領域的有序發展。
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