太阳能电池重大突破！最新Nature Energy！

一、【科学背景】

近年来，二维（2D）钙钛矿被用于钝化三维（3D）钙钛矿光吸收层，可显著提升钙钛矿太阳能电池（PSCs）的稳定性和光电转换效率（PCE）。2D钙钛矿凭借优异的疏水性和热稳定性，能有效钝化3D钙钛矿表面缺陷，减少界面电荷复合并优化载流子传输。然而，现有研究多集中于探索新型配体，而忽视了2D钝化层的均匀性问题，而均匀的形貌和相分布对于大面积钙钛矿太阳能模块（PSMs）的性能至关重要。目前，2D钙钛矿层常存在多种n值结构的混合相，导致界面能量无序，阻碍电荷传输。此外，不同卤化物配体引入的相组成差异，也进一步加剧了界面无序。为此，需要深入研究2D结构的形成动力学，优化其均匀性，以实现大面积PSMs的高效与稳定。已有研究通过调控n值及生长条件，初步实现了稳定的2D钝化层，但对长链烷基胺配体的适用性及规模化制备的探讨尚显不足。针对这些问题的系统研究，对于提升PSCs效率并实现产业化应用具有重要意义。

二、【创新成果】

近日，武汉理工大学卜童乐教授、程一兵院士、黄福志教授、麦立强教授团队在Nature Energy上发表了题为“Reaction-induced unsaturated Mo oxycarbides afford highly active CO₂ conversion catalysts”的论文，本文首次揭示双卤化物长链烷基胺二维钙钛矿的相分离问题，并通过引入三卤化物组合和甲脒阳离子设计出均相相纯的二维钙钛矿钝化层，实现了高效稳定的大面积钙钛矿太阳能模块及其可规模化制备策略。

图1 用于可扩展太阳能模块的二维钙钛矿相组成工程 © 2024 Springer Nature

图2 均相2D相结构的生长动力学和形成机制 © 2024 Springer Nature

图3 光伏性能和稳定性表征 © 2024 Springer Nature

图4 可缩放的大面积打印模块 © 2024 Springer Nature

三、【科学启迪】

该研究揭示了二维钙钛矿在三维钙钛矿表面生长时链长依赖性和卤素相关的相分离问题，提出了通过调控形成动力学和组分选择实现均匀相纯二维钙钛矿钝化层的新策略。这一成果强调了低维钝化层均一性对提升界面电荷转移效率和器件稳定性的关键作用，同时证明了通过材料与工艺的协同优化，能够在小至大面积器件中实现高效率与低损失的统一。这项研究不仅为理解二维钙钛矿的相形成机制提供了新的视角，还为开发适用于规模化制造的钝化技术指明了方向，对进一步提升钙钛矿光伏器件的性能和实现其商业化具有重要的科学指导意义。

原文详情：https://www.nature.com/articles/s41560-024-01667-8