北京同步辐射装置助力高效高温工况运行稳定钙钛矿太阳能电池研究取得新突破

结晶路径转变策略实现高效率高温工况稳定FACsPbI₃钙钛矿太阳能电池

近日，南开大学袁明鉴课题组联合中外课题组开展了高水平合作研究，借助北京、上海同步辐射装置揭示了无甲胺辅助的FACsPbI₃合金钙钛矿显著的结晶与物相时空差异性是导致薄膜内部存在化学组分异质性的关键原因。这一组分不均一性直接导致了器件在高温工况条件下的性能衰减。基于上述发现，研究团队与合作单位进行了深入的理论模拟分析。为了探明薄膜结晶行为和薄膜组分分布规律，中国科学院高能物理研究所陈雨高级工程师研发了紧凑型的便携式原位溶液旋涂成膜装置，在北京同步辐射1W1A漫散射实验站对钙钛矿薄膜的结晶过程进行了原位（旋涂及退火）监测，并结合多种表征方法，探测薄膜结晶过程中不同深度的结晶过程结构演变，发现了薄膜不同深度结晶行为差异性。基于此，研究人员首次提出了具有普适性的配体辅助结晶路径转变策略，并通过线站原位装置证实了结晶调控策略的可靠性——薄膜具有均匀的结晶过程，最终实现了高质量均一组分FACsPbI₃合金钙钛矿薄膜的可控制备，彻底解决了FACsPbI₃钙钛矿薄膜的空间组分异质性问题，成功制备了兼具世界一流的能量转换效率与高温工况稳定性的钙钛矿太阳能电池器件。上述成果还取得福建国家光伏产业计量中心和中国科学院上海微系统与信息技术研究所的权威效率认证。

有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池因其高效低成本，已成为新一代光伏技术的研究焦点。随着其从实验室小规模制备向大规模商业化应用的推进，钙钛矿电池在高温条件下的稳定性成为其进一步发展的主要瓶颈。当前，钙钛矿电池的高效性依赖于氯化甲铵添加剂，以稳定其物相并调控结晶。然而，该添加剂在高温下易分解，显著削弱了钙钛矿电池的高温运行稳定性。因此，开发无甲铵添加的FACsPbI₃合金钙钛矿太阳能电池，成为实现高效与高稳定性钙钛矿光伏器件的关键路径，也是钙钛矿光伏技术产业化落地的核心需求。

来自南开大学的研究人员在1W1A漫散射实验站开展原位GIWAXS实验

相关成果在Nature期刊发表，题为“High-efficiency and thermally stable FACsPbI3 perovskite photovoltaics”

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-024-08103-7