【儀表網 研發快訊】全鈣鈦礦疊層太陽能電池融合了寬帶隙(WBG，1.7-1.8 eV)與窄帶隙(NBG，1.2-1.3 eV)鈣鈦礦材料的優勢，通過合理堆疊不同帶隙的鈣鈦礦材料可以實現太陽光譜的充分利用，在新一代光伏器件中極具應用潛力。但其實際應用仍面臨關鍵瓶頸，其根源在于膠體層面的核心問題：兩類子電池膠體前驅體結晶動力學不匹配，溴基配合物溶解度低、配位劑對金屬離子結合能力不均導致膠體體系不穩定，界面存在低配位金屬離子，且光照會加劇溴/碘不可逆分離，進而引發相分離與缺陷累積，制約器件性能與穩定性。
為了解決這一問題，中國科學院寧波材料技術與工程研究所葛子義研究員和劉暢研究員等人在前期鈣鈦礦太陽能電池研究的基礎上，提出了一套適配于膠體前驅體制備的羧酸根調控體系。采用梯度分布的羧酸根陰離子—酒石酸根(Ta-)與檸檬酸根(Cit-)，對兩類子電池的成核動力學實現精準調控。
前期研究成果(Nat. comm. 2025, 16, 9221; Nat. comm. 2025, 16, 7344; Nat. comm. 2025, 16, 4148; Adv. Mater. 2026, 38, e15163; Adv. Mater. 2025, 37, 2415627; Adv. Mater. 2025, 37, 2410779; Joule. 2024, 8, 1120-1141; Energy Environ. Sci. 2024, 17, 8557-8569; Adv. Mater. 2024, 36, 2400852; Adv. Mater. 2024, 36, 2309998; Adv. Mater. 2024, 36, 2309208; Adv. Mater. 2023, 35, 2302752; Angew. Chem. 2023, 135, e202217526)
其中，Ta-可穩定寬帶隙膠體中的Pb2+配位結構，抑制WBG鈣鈦礦相分離并促進晶體均勻生長；而Cit-則能優化NBG鈣鈦礦膠體中的Sn-I鍵合，鈍化Sn2+缺陷并提升電荷傳輸性能。膽堿陽離子可與上述調控劑進一步協同作用，鈍化晶體—膠體界面處低配位的金屬離子，從而構筑穩定的強固化基體。基于該雙重調控策略，所制備的全鈣鈦礦疊層電池光電轉換效率達到29.76%(認證效率29.22%)，在最大功率點下運行700小時仍保持初始效率的90.2%。同時，最佳1 cm2面積疊層電池效率達到28.87%，凸顯了該膠體化學策略的規模化應用潛力。
該工作為多結器件結晶過程的協同調控提供了通用方法，為實現高效、穩定的全鈣鈦礦疊層太陽能電池提供了重要的材料與方法學支撐。
該工作以“Tailoring Colloidal Precursor Chemistry for Tunable Nucleation Kinetics in All-Perovskite Tandem Solar Cells”為題發表在期刊Joule上(DOI: 10.1016/j.joule.2026.102381.)。第一作者為寧波材料所博士后孟員員 、寧波材料所碩士研究生孫可軒 。通訊作者為寧波材料所葛子義研究員和劉暢研究員。本工作得到了國家重點研發計劃(2024YFF1401100)、國家自然科學基金(62404226、22439004、U21A20331、81903743、22279151、22275004)、浙江省博士后擇優資助項目(ZJ2024018)、浙江省“領雁”研發攻關計劃(2024C01091)、浙江省自然科學基金(LQN25F040010)等項目的支持。
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