武大柯维俊组Nat. Nanotechnol：Piracetam状宽带隙钙钛矿晶体推动钙钛矿叠层电池规模化

主要内容

全钙钛矿叠层太阳能电池（TSCs）凭借其**性能与广泛应用潜力，成为光伏领域的研究热点。然而，缩小小面积（<1平方厘米）与大面积（>1平方厘米）器件之间的光电转换效率（PCE）差距，仍是全钙钛矿TSCs商业化进程中的关键瓶颈。武汉大学物理科学与技术学院柯维俊教授团队针对这一关键问题，提出了一种创新解决方案——通过引入专门设计的晶体改性剂Piracetam，推动全钙钛矿TSCs性能突破。

Piracetam作为宽带隙钙钛矿的晶体改性剂，能够精准调控钙钛矿的成核与生长过程。其分子结构中的酰胺基和吡咯烷酮基团，在成核初期即可促进大尺寸晶粒的形成，并引导钙钛矿沿（110）晶向择优生长，显著提升结晶度与光电性能的均匀性。在后续退火过程中，Piracetam进一步发挥关键作用，通过消除残留的PbI₂，并在晶界和表面诱导形成一维（Pi）PbI₃（Pi=吡拉西坦）钙钛矿纳米针，优化薄膜的微观结构。

基于Piracetam改性的钙钛矿薄膜，柯维俊教授团队成功制备出高效单结与叠层太阳能电池。其中，单结1.77电子伏特（eV）带隙太阳能电池实现了1.36伏特（V）的认证开路电压和20.35%的PCE，验证了Piracetam对钙钛矿性能的显著提升作用。在叠层电池方面，团队制备的单片两端全钙钛矿TSCs在0.07平方厘米和1.02平方厘米的有效面积下，分别实现了28.71%（稳定值28.55%，认证值28.13%）和28.20%（稳定值28.05%，认证值27.30%）的PCE，相较于传统方法，在从小面积器件向大面积器件扩展时，PCE损失显著降低，仅0.51%。

进一步研究表明，Piracetam在不同钙钛矿组分中均展现出广泛的适用性。在单结1.56电子伏特（eV）带隙器件中，Piracetam的引入使PCE从23.56%提升至25.71%，进一步证明了其作为晶体改性剂的普适性与高效性。柯维俊教授团队的研究成果不仅为可扩展且高效的全钙钛矿TSCs提供了一条有效途径，还通过优化宽带隙薄膜的择优取向、减少缺陷、提高结晶度以及实现超光滑表面，显著降低了开路电压（Voc）损失，并大幅提升了宽带隙钙钛矿太阳能电池（WBG PSCs）和全钙钛矿叠层太阳能电池（all-perovskite TSCs）的PCE。

值得注意的是，Piracetam的加入有效缩小了小面积与大面积叠层器件之间的效率差距，为全钙钛矿TSCs的商业化应用奠定了坚实基础。然而，在大面积叠层模组中，相分离和离子迁移现象仍构成显著挑战。柯维俊教授团队指出，未来的研究需聚焦于开发溴（Br）含量减少的宽带隙子电池、不含聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)（PEDOT:PSS）的窄带隙（NBG）子电池、坚固的隧穿层以及可扩展的沉积技术，并结合**的界面工程策略，以推动全钙钛矿叠层技术的持续发展。这一系列创新方向将为光伏领域带来新的突破，助力实现高效、稳定、可扩展的全钙钛矿TSCs商业化应用。

- 产品咨询及购买请联系我们 -