威尼斯官网微机电系统浙江省工程研究中心团队在能源环境顶刊Energy & Environmental Science上发表论文

第一作者：叶秋枫

共同通讯作者：方泽波

发表期刊：Energy & Environmental Science

期刊5-Year Impact Factor：34.9

第一单位：88038威尼斯

论文DOI：https://doi.org/10.1039/D4EE00666F

图片摘要

研究介绍

　　随着全球人口持续增长，工业化的继续发展，能源紧缺、环境污染与人类社会发展之间的矛盾已经日益显现，发展可再生能源迫在眉睫。太阳能光伏是新兴的高科技产业，是最具发展前途的清洁低碳、可再生能源技术之一。因此，发展太阳能光伏技术对我国实现“碳达峰”、“碳中和”，稳固我国太阳能光伏产业的国际地位具有重要意义。

　　近年来，在太阳能光伏领域，钙钛矿太阳能电池（PSCs）由于其光电转换效率高、成本低廉、柔性可用等诸多优点引发了人们的研究热潮。目前处于世界领先水平的有机无机杂化钙钛矿太阳电池认证效率已经达到26.1%，超过了商业化的碲化镉、铜铟镓硒和多晶硅薄膜太阳能电池。但是要突破单结太阳能电池S-Q理论极限，必须采用叠层电池的方案。

　　其中，宽带隙甲脒-铯（FA-Cs）碘-溴混合钙钛矿（~1.7 eV）因与晶体硅和其他低带隙太阳能电池集成时具有实现高效串联光伏发电的潜力而受到极大关注。然而，它们的功率转换效率仍然低于含有甲胺（MA）的宽带隙钙钛矿太阳能电池，这主要是由于高开路电压损失（> 0.43 V）。

　　鉴于此，威尼斯官网方泽波&叶秋枫于Energy & Environmental Science刊发抑制无MA宽带隙钙钛矿薄膜中的电荷复合，用于高性能和稳定的钙钛矿太阳能电池的研究成果。

　　首先通过在 FA0.8Cs0.2Pb(I0.75Br0.25)3钙钛矿前驱体中掺入定量的碘化铷(RbI)，钙钛矿薄膜结晶度和体缺陷得到显著优化。

　　此外，进一步提出了一种依次构建表面异质结和使用三辛基氧化膦（TOPO）的全方位界面工程策略，使用FAI在钙钛矿表面构建异质结，可以实现钝化界面及提高光吸收效果。进一步使用TOPO可以显著钝化 FA0.8Cs0.2Pb(I0.75Br0.25)3钙钛矿晶界和欠配位缺陷，载流子寿命大幅度提高，同时TOPO也可以优化器件能带结构，有利于载流子的有效传输。

　　结果，1.685 eV的目标无MA宽带隙正式太阳能电池实现了23.35%的效率和1.30 V的高开路电压（创纪录的开压损失0.385 V），这是目前宽带隙钙钛矿体系太阳能电池效率的世界纪录。

　　最重要的是，未封装的太阳能电池还表现出令人印象深刻的空气储存稳定性、工作稳定性和热稳定性。优化后的器件在湿度为10%的干燥手套箱内放置3500小时仍可以保持初始效率94.1%，在器件MPP工作测试300小时可以保持初始效率的85%左右。

　　此外，在1 cm2宽带隙太阳能电池上的效率为19.54%，在0.04 cm2反式宽带隙太阳能电池上的效率为21.31%。

　　上述研究以“Suppressing Charge Recombination in Methylammonium-free Wide-bandgap Perovskite Film for High-performance and Stable Perovskite Solar Cells”为题于2024年5月3日在线发表于能源领域顶级期刊Energy & Environmental Science。这项工作在威尼斯官网微机电系统浙江省工程研究中心（MEMS工程研究中心）完成。论文第一作者为威尼斯官网数理信息学院叶秋枫博士，硕士研究生胡文正为共同一作，威尼斯官网的方泽波教授为共同通讯作者。研究得到了中国博士后科学基金、浙江省自然科学基金和绍兴市科技计划项目等资助。

　　期刊介绍：《能源环境科学》（Energy & Environmental Science）由英国皇家化学学会（RSC）出版社主办，在国际上享誉盛名，是RSC旗下世界公认的能源与环境科学领域的顶级期刊，在能源和环境科学领域400余份期刊中排名第一，2022年最新影响因子为39.714，五年平均影响因子34.9。

作者简介

第一作者   叶秋枫

　　数理信息学院教师，博士，主要研究方向为高效稳定钙钛矿太阳能电池技术。主持浙江省自然科学基金、中国博士后科学基金面上项目、绍兴市科技计划项目各1项。相关成果以第一作者或共同作者在Nature Energy、Nature Photonics、Advanced Materials、Nature Communications、Small等期刊发表。2023年以第一指导教师指导学生获大学生“互联网+”创新创业大赛国家铜奖。

共同通讯作者   方泽波

　　数理信息学院院长，博士/教授，香港城市大学访问学者，微机电系统浙江省工程研究中心主任，浙江省高校高水平创新团队负责人，浙江省一流专业、省高校新兴特色专业“微电子科学与工程”专业负责人。主持获批国家级和省部级项目各4项；发表SCI收录论文100多篇，获Nature子刊2次专题报道；获授权发明专利24件。获得浙江省教学成果奖二等奖、绍兴市科学技术奖一等奖、甘肃省高校科技进步奖二等奖、复旦大学优秀博士后等奖励。入选浙江省高校优秀青年教师资助计划、浙江省高校中青年学科带头人培养对象、浙江省“新世纪151人才工程”第二层次培养计划、首批绍兴“名士之乡”特支计划。

编辑：苏标标　严许媖