苏大李耀文AM新策：宽禁带钙钛矿延晶，促叠层电池初始均匀相

主要内容

在当今全球能源转型的大背景下，可再生能源的开发与利用已成为推动可持续发展的关键力量。太阳能，作为取之不尽、用之不竭的清洁能源，在能源结构中占据着愈发重要的地位。高性能钙钛矿/有机叠层太阳能电池（Tandem Solar Cells, TSCs）凭借其独特的叠层结构，能够充分吸收不同波段的光子，突破单一材料太阳能电池的理论效率极限，被视为下一代太阳能利用技术的有力竞争者，有望在分布式能源、建筑一体化光伏等领域实现大规模应用。

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突破瓶颈：选择性延迟结晶策略的提出

然而，混合卤化物宽禁带（Wide - Bandgap, WBG）钙钛矿材料在光照下易发生相分离的问题，成为制约其发展的关键瓶颈。尤其是宽禁带钙钛矿材料中初始不均匀的卤化物相分布，会进一步加剧在工作应力条件（如光照、温度变化等）下的相分离现象，导致电池性能迅速衰减，极大地阻碍了需要高相均匀性的叠层太阳能电池实现规模化、稳定化的应用。

在此严峻挑战下，苏州大学李耀文教授和陈炜杰教授带领其团队开展了深入且富有创新性的研究，提出了一种全新的选择性延迟结晶策略。相较于传统通过控制温度、溶剂挥发速度等宏观条件来调控结晶的方法，该策略从分子层面入手，通过精准引入功能添加剂，实现了对结晶过程的微观调控，能够更有效地解决初始卤化物相分布不均匀的问题。

具体而言，研究选用了功能添加剂3 - 氨基 - 5 - 氟苯甲酰胺（简称AFBA）。AFBA分子中的 - NH₂基团电子云密度较低，这使得它与溴离子（Br⁻）的结合亲和力显著高于碘离子（I⁻）。基于这一独特的分子特性，AFBA能够选择性地与溴离子相互作用，延迟溴化物的快速结晶过程。在结晶初期，AFBA分子吸附在溴化物晶核表面，阻碍其快速生长和聚集，从而避免了局部溴化物浓度过高导致的相分离。随着时间的推移，碘化物和溴化物在AFBA的调控下实现协同结晶，最终促使卤化物在整个薄膜中实现均匀分布，为制备高性能的叠层太阳能电池奠定了坚实基础。

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成果显著：高效稳定电池的性能展现

得益于这种均匀的初始卤化物相分布，所制备的薄膜在工作应力条件下展现出卓越的相稳定性。实验结果表明，平方厘米级宽禁带钙钛矿前电池实现了高达18.61%的光电转换效率。与同类研究相比，部分研究中的宽禁带钙钛矿前电池效率多在16% - 17%之间，本研究成果有了显著提升。当将其与有机子电池进行叠层时，平方厘米级钙钛矿/有机叠层太阳能电池更是展现出25.21%的显著效率，这一效率在目前公开的同类研究成果中处于领先水平，接近理论效率极限。

并且，在0.062至2.000平方厘米的面积范围内，该叠层太阳能电池的效率对尺寸的依赖性较弱，表现出良好的面积适应性。这意味着在实际应用中，可以根据不同的场景需求，灵活制备不同尺寸的电池，而无需担心效率的大幅下降。同时，该叠层太阳能电池的工作寿命得到显著延长，T₉₀（效率衰减至初始值90%所需时间）长达1500小时。相比之下，同类产品平均T₉₀多在500 - 1000小时之间，本研究成果彰显出其优异的长期稳定性，为叠层太阳能电池的商业化应用提供了重要保障。

从微观机制层面进一步探究，团队提出的选择性延迟结晶策略中，酰胺氨基与溴离子之间强烈的分子偶极 - 离子库仑力发挥了关键作用。这种相互作用可有效延缓溴化物的快速非均匀结晶，进而制备出具有均匀卤化物相分布和高准费米能级劈裂（QFLS）值的大面积薄膜。所得薄膜的相稳定性极为出色，经长时间光照后，QFLS值变化或衰减几乎可以忽略不计。以面积为1.004平方厘米的钙钛矿/有机叠层太阳能电池为例，其实现了25.21%的卓越光电转换效率（PCE），且工作寿命显著延长，T₉₀同样达到1500小时，进一步验证了该策略的可靠性和有效性。

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创新拓展：电池与器件串联的新应用

此外，研究团队还创新性地将钙钛矿/有机叠层太阳能电池与电致变色器件串联。通过这一巧妙设计，实现了对叠层太阳能电池开路电压（Voc）波动与颜色变化的动态关联。当叠层太阳能电池的性能发生变化时，如开路电压降低，电致变色器件的颜色也会相应改变。

这一成果不仅为深入探究叠层太阳能电池的降解路径提供了直观有效的手段，科研人员可以通过观察颜色变化，快速定位电池性能下降的原因，从而有针对性地进行改进。更为其商业化应用的可行性评估提供了全新且宝贵的见解，有助于吸引产业界的关注和投资。

未来，团队将进一步探索如何优化材料体系和器件结构，提高叠层太阳能电池的效率和稳定性，同时降低成本。例如，寻找更环保、更经济的功能添加剂，开发新型的封装技术以更好地保护电池免受外界环境的影响等。此外，团队还将加强与产业界的合作，推动钙钛矿/有机叠层太阳能电池从实验室走向实际应用，为全球能源转型和可持续发展做出更大贡献。

文献信息

Selective Crystallization Delay in Wide-Bandgap Perovskites Enables Initial Homogeneous Phase for Square Centimeter Perovskite/Organic Tandem Solar Cells

Jialei Zheng, Weijie Chen, Ziyue Wang, Shuaiqing Kang, Pengpeng Dong, Yue Yin, Haiyang Chen, Jianlei Cao, Jixiang Yuan, Guiying Xu, Jiacheng Xu, Yaowen Li

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202510437