3月23日，《先进材料》（Advanced Materials）在线发表了44118太阳成城集团方国家、柯维俊关于钙钛矿太阳能电池的最新研究成果。论文题目为“Grains > 2 μm with Regulating Grain Boundaries for Efficient Wide-Bandgap Perovskite and All-Perovskite Tandem Solar Cells”（《晶界生长调控实现晶粒大小超过2微米的宽带隙钙钛矿用于全钙钛矿叠层太阳能电池》）。44118太阳成城集团博士生崔鸿森、陈卫清和华中科技大学杨向峰博士为论文共同第一作者，太阳集团44118备用址方国家教授、柯维俊教授、王为忠教授和华中科技大学傅华华教授为论文的通讯作者，太阳集团44118备用址为第一署名单位。

随着近些年的飞速发展，铅卤钙钛矿太阳能电池已成为未来光伏行业的有力的 竞争者。单结钙钛矿太阳能电池的光电转换效率现已超过26%，这一成就很大程度上归功于钙钛矿材料卓越的光电特性，包括其较长的载流子寿命、简单的制造工艺和出色的缺陷容忍度。叠层钙钛矿太阳能电池更是因为其有望超越单结太阳能电池的Shockley-Queisser效率极限而备受关注。尽管前景广阔，但构建高效叠层钙钛矿太阳能电池所必需的宽带隙钙钛矿却面临着巨大挑战。这是因为高溴含量（>40%）的宽带隙钙钛矿薄膜在制备过程中结晶迅速，晶界生长难以控制，薄膜的晶粒尺寸比窄带隙钙钛矿薄膜更小，缺陷密度更高。

为解决这一问题，研究人员将四（五氟苯基）硼酸钾（KTFB）分子加入反溶剂中，采用晶体取向定制策略来优化晶界生长。研究表明，KTFB分子通过F-Pb键定制结合在（110）钙钛矿表面，并通过静电相互作用、氢键和π-阳离子作用捕获退火过程中逃逸的FA⁺，从而制备出晶粒尺寸超过2微米的宽带隙钙钛矿薄膜，并有效消除了晶界处多余的卤化铅和缺陷。实验结果显示，单结宽带隙钙钛矿器件实现了显著的效率提升，光电转换效率达到 20.7%；两端和四端全钙钛矿叠层器件的光电转换效率分别为 28.3%和29.1%，这些效率均在文献报道的最高值之列。此外，这些器件的稳定性也得到了显著提高。

另外，近日《先进材料》（Advanced Materials）在线发表了44118太阳成城集团方国家、柯维俊关于正置结构钙钛矿太阳能电池的最新研究成果。论文题目为“Stress Relaxation for Lead Iodide Nucleation in Efficient Perovskite Solar Cells”（《应力释放辅助碘化铅成核实现高效钙钛矿太阳能电池》）。44118太阳成城集团硕士生郑智淼、博士生葛艳松和华中科技大学物理学院杨向峰博士为论文共同第一作者，太阳集团44118备用址方国家教授、柯维俊教授、陶晨研究员和华中科技大学傅华华教授为论文的通讯作者，太阳集团44118备用址为第一署名单位。

在顺序沉积法制备钙钛矿光吸收层的工艺中，为了获得大晶粒、少晶界的钙钛矿薄膜，碘化铅的成核质量与其薄膜形态是重中之重。然而，现今鲜有报道指出碘化铅的下界面对碘化铅成核机制的调控作用。实际上，由于基底与碘化铅之间存在晶格失配、界面缺陷以及热膨胀系数差异等问题，退火过程会在二者界面不可避免地引入拉伸应力，这会提高碘化铅的成核势垒，诱导小晶粒的出现，进而导致碘化铅薄膜变得致密、平整，这无疑不利于铵盐的充分渗透与反应，对形成高质量的钙钛矿薄膜设置了阻碍。因此，如何有效减少来自碘化铅下界面的应力及界面缺陷，成为了提高顺序沉积法钙钛矿薄膜与器件光电性能的关键所在。

在这项研究中，研究者们发现应力主导的表面弹性势作为比表面能的组成部分，影响了碘化铅成核的临界表面吉布斯自由能与临界成核半径。而后通过在碘化铅下界面引入三氟甲磺酸锂（LiOTf）的界面工程，释放了拉伸应力，从而降低了碘化铅的成核势垒与临界成核半径，诱使大晶粒碘化铅纵向的疏松堆积，形成更高结晶质量的钙钛矿薄膜；改良后的界面还具有更低的缺陷态密度，抑制了载流子的非辐射复合，利于电子向透明电极方向的抽取与输运；基于此，单结正置钙钛矿太阳能电池获得了显著提升的开路电压、填充因子和光电转换效率。

这两个研究工作得到了国家科技部、国家自然科学基金委、湖北省科技厅相关项目和太阳集团44118备用址科研公共服务条件平台的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202502770

      https://doi.org/10.1002/adma.202412304