"双碳"方针是我国作出的庞大战略决议计划，成长清洁低成本的太阳能光伏发电，是实现这一战略方针的主要路子与技能保障。经由过程串联宽/窄带隙钙钛矿子电池修筑的全钙钛矿叠层太阳能电池，兼备高效率以及低成本等长处，是下一代光伏技能的主要成长标的目的。南京年夜学谭海仁传授课题组持久从事新型太阳能电池的研究，致力在将国度能源庞大需求与根蒂根基运用研究相联合；最近几年来，团队缭绕"全钙钛矿叠层太阳能电池"这一国际前沿科学范畴开展了体系深切的研究，研制的钙钛矿叠层电池世界纪录效率持续6次被国际权势巨子的《Solar cell efficiency tables》收录。

近期，团队于全钙钛矿叠层电池范畴取患上最新进展，经日本电气保险以及情况技能试验室（JET）国际权势巨子认证的转换效率高达28.0%，初次逾越了传统晶硅电池，该成果被收录到最新一期《Solar cell efficiency tables》（Version 61）。2023年6月8日，相干研究结果《All-perovskite tandem solar cells with 3D/3D bilayer perovskite heterojunction》以倏地预览情势于线揭晓在《Nature》主刊（https://www.nature.com/articles/s41586-023-06278-z）。匿名审稿专家对于这项事情高度评价 — "本文于这个范畴展示了很是成心义的成果，由于它不只展示了世界最好机能的全钙钛矿叠层太阳能电池，并且还提出了与现出缺陷钝化要领差别的3D/3D异质结" (This paper shows a very meaningful result in this field in that it not only shows excellent photovoltaic performance on the world-best all-perovskite tandem but also presents the 3D/3D heterojunction as a way unlike existing approaches with defect passivation)。

宽带隙钙钛矿顶电池、窄带隙钙钛矿底电池以及隧穿结是构建全钙钛矿叠层电池的三个焦点部门，开发高机能隧穿结以及高效率窄带隙子电池则是实现高效叠层电池制备的要害焦点点。谭海仁团队前期于新型隧穿结布局设计【见Nature Energy, 2019, 4, 864-873】、窄带隙钙钛矿结晶生长调控【见Nature Energy, 2020, 5, 870-880】、晶粒外貌缺陷钝化【见Nature, 2022, 603, 73-78】和年夜面积叠层光伏组件的可量产化制备技能【见Science, 376, 762-767】等方面开展了体系性研究，实现了认证效率达26.4%的全钙钛矿叠层电池以及认证效率21.7%的年夜面积叠层组件，结果入选科技部评比的2022年度"中国科学十猛进展"。

今朝全钙钛矿叠层电池的效率重要受限在较小的开路电压以及填充因子，此中窄带隙钙钛矿子电池于连结高短路电流密度下没法同时实现高的开路电压以及高的填充因子，是限定全钙钛矿叠层电池效率的重要缘故原由。铅-锡混淆窄带隙钙钛矿薄膜外貌存于较高的缺陷态密度，这一高缺陷态密度的界面层（defective interface layer, DIL）与电子传输层形成了严峻的界面非辐射复合丧失，限定了全钙钛矿叠层电池的光伏机能。于钙钛矿薄膜上经由过程溶液法外貌后处置惩罚组织一层二维（2D）钙钛矿，造成2D/3D异质结布局，是降低钙钛矿电池界面复合丧失的一种常见计谋。然而，溶液法外貌后处置惩罚获得的2D钙钛矿均一性较差（层数n值难以节制）且导电性较低，倒霉在载流子的界面输运以及抽取，限定了器件的光伏机能。

为解决上述瓶颈，本研究设计了新型的3D/3D双层钙钛矿异质结（PHJ）布局：哄骗真空蒸发以及溶液加工混淆法，于铅-锡混淆窄带隙钙钛矿薄膜上生长一层数十纳米厚的三维纯铅宽带隙钙钛矿薄膜（FL-WBG）（见图1 a-c）。经由过程调控三维纯铅宽带隙钙钛矿的组分，使其与窄带隙钙钛矿造成Type-II型异质结布局，促成载流子（电子）从钙钛矿吸光层向电子传输层抽取，降低钙钛矿/电子传输层C60之间的界面复合丧失，显著晋升了电池的开路电压、填充因子以及光电转换效率（图1 d），最好机能的窄带隙钙钛矿电池光电转换效率到达了23.8%（图1 e），为今朝报导的最高效率。

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图1. 3D/3D双层钙钛矿异质结布局及窄带隙钙钛矿电池光伏机能。a, 含有3D/3D双层钙钛矿异质结（PHJ）的窄带隙钙钛矿电池器件布局。b, 3D/3D双层钙钛矿异质结的截面HR-STEM图以及响应的EDX图。c, PHJ钙钛矿薄膜的航行时间二次离子质谱图。d, 比照器件（control）以及PHJ窄带隙钙钛矿电池的光伏机能统计图。e, 最好机能PHJ钙钛矿电池的J-V曲线。

使用紫外光电子能谱（UPS）丈量的差别钙钛矿的能级显示：邃密调控的FL-WBG钙钛矿与铅锡钙钛矿造成Type-II型能带异质结布局（见图 2a-c）。颠末费米能级均衡以及能带弯曲后，具备PHJ布局的铅锡钙钛矿能带向下弯曲，这差遣空穴可以或许阔别(见图2 c 蓝线)铅锡钙钛矿外貌的缺陷层（DIL），并加快电子向电子传输层（C60）的漂移 (见图2c 红线)，从而削减了载流子于缺陷层处的非辐射复合（见图2 b 红线以及蓝线）。为了进一步探究PHJ层对于铅锡钙钛矿机能的影响，本研究经由过程1D-SCAPS模仿了外貌缺陷层于差别缺陷态密度以及差别厚度下的光伏机能。模仿成果注解：于外貌缺陷层的缺陷态密度以及厚度增长时，PHJ铅锡钙钛矿受其影响均远小在比照器件（见图2 d-f）。这注解，PHJ布局带来的场钝化效应削减了钙钛矿与电子传输层的接触丧失，从而有用地屏蔽了外貌缺陷层对于铅锡窄带隙钙钛矿太阳电池机能的影响。

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图2. 有/无PHJ的铅锡钙钛矿的能级瓜葛图以及模仿的光伏机能。a, PHJ 铅锡钙钛矿太阳能电池各功效层的能级摆列。b-c, 能带弯曲后的Control以及PHJ铅锡钙钛矿太阳能电池的能级图；红线以及蓝线别离暗示非辐射复合路径以及载流子漂移标的目的。d-e, 1D-SCAPS电学模仿：于具备差别缺陷密度(d)以及厚度(e)的缺陷层下，Control以及PHJ铅锡钙钛矿的光伏机能。f, 1D-SCAPS电学模仿：于有/无DIL时，Control以及PHJ 铅锡钙钛矿太阳能电池的J-V曲线。

联合以上研究以及器件设计的思绪，本研究将PHJ窄带隙子电池与高效的宽带隙子电池举行联合，修筑了高机能的全钙钛矿叠层太阳能电池（见图3 a）。PHJ布局有用地晋升了全钙钛矿叠层电池的开路电压、填充因子和转换效率（见图3 b）。试验室自测效率从26.7%提高到28.5%，同时得到了效率为26.9%的年夜面积叠层电池（见图3 c-d）。

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图3. PHJ全钙钛矿叠层太阳能电池的光伏机能。a, PHJ 全钙钛矿叠层太阳能电池截面图。b, Control以及PHJ全钙钛矿叠层太阳能电池的光伏特征能统计图。c, d 最好机能的PHJ全钙钛矿叠层电池的J-V曲线以及EQE曲线。e, 面积1-cm2 PHJ全钙钛矿叠层电池的J-V曲线。

南京年夜学����APP为该文的第一作者单元以及独一通信单元，南京年夜学特任副研究员林仁兴、玻士生王玉瑞以及硕士卢倩文为论文配合第一作者；南京年夜学现代工学院谭海仁传授为独一通信作者。本研究事情获得了中国科学技能年夜学樊逢佳传授、中科院姑苏纳米所马昌期研究员以及南京年夜学现工院邓昱传授的引导与撑持；其也获得了科技部国度重点研发规划、国度天然科学基金、教诲部前沿科学中央、江苏省天然科学基金等工程的资助；此外，南京年夜学固体微布局物理国度重点试验室、要害地球物资轮回教诲部前沿科学中央、人工微布局科学与技能协同立异中央以及江苏省功效质料设计道理与运用技能重点试验室对于该项研究事情也赐与了主要撑持。

（原标题：南京年夜学现工院谭海仁团队于《Nature》发文报导全钙钛矿叠层太阳能电池主要研究进展）

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