南开大学Nature! 太阳能电池稳态效率首破27%!

本研究聚焦于正式结构钙钛矿太阳能电池效率提升的关键瓶颈。背景方面，虽然钙钛矿太阳能电池被视为下一代光伏技术，但正式结构器件效率长期停滞在约26%，其深层物理机制尚不清晰，主要障碍在于纹理基底上电子传输层与钙钛矿界面的非辐射复合损失。研究目的在于揭示这一核心物理根源并开发解决方案。通过从器件物理和载流子动力学出发，团队首次发现氧化锡（SnO₂）电子传输层与钙钛矿埋底界面存在能带失配与电子累积的协同作用，加剧了非辐射复合。进一步，研究团队阐明了化学浴沉积制备SnO₂的生长机制为配体封端纳米颗粒的准逐层组装，并建立了配体化学、氧空位含量与能带结构的关系。基于此，他们创新性地提出并构筑了n⁻/n⁺连续梯度掺杂SnO₂电子传输层，同步解决了能带失配与电子累积问题。结论是，搭载该设计的钙钛矿太阳能电池经国际认证获得了27.17%的稳态效率和27.50%的反向扫描效率，创造了正式结构器件最高纪录，同时开路电压损失低至295毫伏，表明非辐射复合得到根本抑制。该研究为金属氧化物电子传输层的理性设计提供了新路径，有望支持高稳定性、可规模化生产的钙钛矿光伏组件。