近日，物理學院有機鈣鈦礦光伏技術團隊在混合鹵素寬帶隙鈣鈦礦光伏研究方面取得新進展，相關工作以“Efficient wide-bandgap perovskite photovoltaics with homogeneous halogen-phase distribution”為題在線發表在《Nature Communications》（Nat. Commun., 2024, 15, 8899.）上。我校碩士研究生王瑞、劉嘯宇、顏杉為論文共同第一作者，何庭偉博士和楊少鵬教授為共同通訊作者。

混合鹵素寬帶隙鈣鈦礦材料通常用作疊層太陽能電池的頂部電池。然而，隨著鈣鈦礦材料的光學帶隙變寬，薄膜的溴含量不可避免地增多，使得寬帶隙光伏器件的V_oc損失愈加嚴重。調節混合鹵素鈣鈦礦的結晶動力學實現均勻的鹵素相分布，是混合鹵素寬帶隙鈣鈦礦領域迫切需要解決的難題。在本工作中，作者在鈣鈦礦薄膜埋底界面構筑功能化的雙分子層（D-2P）結構，為解決這一難題提供新思路。D-2P結構通過位于2P分子頭部的咔唑基團之間的強π-π相互作用形成。位于2P分子尾端的磷酸基團可以分別錨定NiO_x和[PbX₆]^4-八面體，從而形成穩定的鍵橋結構。D-2P結構可以降低Br相和I相鈣鈦礦的形成能，誘導鹵素組分自下而上的均勻結晶。受益于降低方非輻射復合和改善的載流子傳輸，D-2P處理的寬帶隙（1.75 eV）鈣鈦礦光伏實現了20.80%的光電轉換效率（經第三方認證的20.70%），這是該體系目前報道的最高效率。該工作為進一步制備更高性能的寬帶隙鈣鈦礦和疊層光伏器件提供了新策略。

自2022年加入河北大學物理學院以來，何庭偉博士帶領課題組同學已在金屬鹵化物鈣鈦礦光伏領域取得了一系列重要階段性成果，相關工作分別發表在Nature Communications(2024, 15, 8899.)、Advanced Materials (2024, 36(23): 2401103; 2023, 35(39): 2304149)等國際權威學術期刊上。

以上研究工作得到了國家自然科學基金、河北省優秀青年科學基金、河北大學高層次引進人才項目、河北大學生命科學與綠色發展學科群項目、光伏技術省部共建協同創新中心的資助，以及物理學院公共測試中心的大力支持。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41467-024-53344-9

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202401103

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202304149

（物理科學與技術學院、科學與技術創新研究院供稿）