基于硒化铅纳米晶体的异质外延生长助力实现高稳定性宽带隙PSCs

西北工业大学王洪强教授、刘哲教授，以及中国科学院深圳先进技术研究院李伟民教授带领其科研团队，针对钙钛矿基叠层太阳能电池领域的关键技术瓶颈展开了深入探索。钙钛矿基叠层太阳能电池被视为实现高效太阳能转换极具潜力的技术路径，然而，混合卤化物钙钛矿顶电池在持续光照条件下易发生相分离现象，这会导致叠层器件整体功率输出急剧下降，严重制约了其商业化应用进程。

为攻克这一难题，研究团队创新性地提出将无配体硒化铅（PbSe）纳米晶体引入前驱体溶液，以此促进混合卤化物钙钛矿的异质外延生长。实验结果表明，PbSe的引入显著提升了钙钛矿薄膜的质量，使得薄膜均匀性大幅提升且缺陷密度大幅降低，从而有效抑制了卤化物相分离现象的发生。

基于这种经过优化的钙钛矿薄膜，研究团队成功制备出宽带隙（1.68 eV）的钙钛矿Cs₀.₀₅(FA₀.₇₇MA₀.₂₃)₀.₉₅Pb(I₀.₇₇Br₀.₂₃)₃ p-i-n型器件。该器件在性能测试中表现出色，功率转换效率（PCE）高达22.87%，填充因子（FF）达到84.79%。尤为值得一提的是，在1个太阳光强度的持续光照下进行最大功率点（MPP）跟踪1000小时后，该钙钛矿太阳能电池仍能保持其初始效率的88%，充分证明了其优异的光稳定性。

此外，研究团队还进一步拓展了实验研究范畴，通过将半透明的钙钛矿电池与铜铟镓硒（CIGS）太阳能电池进行机械堆叠，成功构建出四端（4T）钙钛矿-铜铟镓硒叠层电池。这种创新结构的叠层电池展现出了高达28.24%的光电转换效率，为叠层太阳能电池的性能提升开辟了新的途径。

在研究过程中，团队采用液相脉冲激光烧蚀（LPPL）工艺精心制备了硒化铅（PbSe）纳米晶体，并将其精准掺入钙钛矿薄膜中。通过异质外延生长技术，团队成功获得了低缺陷密度且均匀性极佳的薄膜，这一成果为抑制卤化物相分离、提升器件性能提供了有力支撑。

本研究不仅深入揭示了亚稳态纳米晶体在结晶过程中对铅-卤化物八面体结构的调控潜力，显著抑制了光诱导的相分离现象，还展示了PbSe纳米晶体的嵌入以及异质外延生长方法在提升叠层太阳能电池光稳定性方面的巨大应用前景。这一研究成果为钙钛矿基叠层太阳能电池的进一步发展提供了重要的理论依据和技术支撑，有望推动该领域取得更加突破性的进展。

文献信息：

Heteroepitaxy with PbSe Nanocrystals Enables Highly Stable Wide-Bandgap Perovskite Solar Cells

Yuhui Jiang, Pengfei Guo, Ruihao Chen, Liming Du, Xingchao Shao, Xiuhai Zhang, Yu Zheng, Ning Jia, Zhiyu Fang, Luyao Ma, Xu Zhang, Zhen Li, Chunlei Yang, Yi Hou, Fen Lin, Weimin Li, Zhe Liu, Hongqiang Wang

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202501312