苏州大学光电科学与工程学院王长擂-李孝峰团队联合四川大学赵德威教授团队和瑞士联邦材料科学与技术研究所（EMPA）付帆在钙钛矿材料的结晶研究方面取得重要进展，获得高性能叠层电池，相关成果发表在Nature Energy上。

发展清洁低成本的太阳能光伏器件，是实现国家“双碳”战略目标的重要途径与技术保障。钙钛矿太阳能电池具有高效率、低成本等优势，能量转换效率屡创新高。由于单结太阳能电池的光电转换效率受限于肖克利-奎伊瑟效率极限，因此，构建基于钙钛矿材料的叠层太阳能电池，突破单结光伏器件的效率极限，是促进钙钛矿光伏效率提升的有效途径。全钙钛矿叠层太阳能电池包含带隙匹配的吸光材料，由于不同组分钙钛矿薄膜的生长机制不一样，尚无有效的方法可同时实现宽、窄带隙钙钛矿薄膜的高质量结晶调控。因此，发展普适的钙钛矿薄膜结晶调控方法，对制备高质量宽带隙和窄带隙薄膜，实现高性能单结和多结叠层钙钛矿太阳能电池具有重要意义。

借鉴多晶薄膜和单晶片体的生长方式，研究团队开发了一种普适性的限域退火方法用于制备高质量钙钛矿吸光层，该方法对于不同组分和带隙的钙钛矿均表现出良好的结晶提升效果。通过选用不同溶剂透气率的隔膜以及钙钛矿中间相薄膜的预加热时间，研究人员发现，采用限域退火方法时，钙钛矿湿膜中的残余溶剂含量十分重要，适量的络合溶剂可以兼顾薄膜形貌与结晶质量。其次，溶剂的横向挥发过程可以在限域空间里溶解原有晶界，促进小尺寸晶体之间的相互融合，形成了大尺寸晶粒，并且薄膜表面更加平整光滑，均一性更好。经过限域退火方法制备的钙钛矿薄膜晶粒尺寸增加、载流子寿命增长、缺陷态密度降低，进而有效抑制非辐射复合，最终获得了高效率单结宽带隙钙钛矿电池，助力实现了高效全钙钛矿四端和两端叠层太阳能电池，其效率均超过25%。此项工作为理解钙钛矿结晶过程的转化提供了巧妙的思路，并展示了该方法在叠层太阳能电池和大面积制备方面的潜力，为钙钛矿产业化提供了借鉴。

图1. (a) 三种不同加热退火方式示意图，分别是常规退火、溶剂退火和限域退火。(b, c, d) 表示三种不同退火方式所制备的窄带隙钙钛矿薄膜的表面形貌图，其中b为正常退火，c为溶剂退火所制备薄膜，d为限域退火所制备薄膜。e图表示限域退火方式下，钙钛矿薄膜的晶粒生长过程示意图。

苏州大学王长擂副教授为文章第一作者，李孝峰教授为通讯作者。文章的共同通讯作者为四川大学赵德威教授和EMPA付帆博士。该研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金委项目、江苏省自然科学基金等项目的大力支持。

来源：半导体学报微信公众号