寬帶隙（WBG）鈣鈦礦（帶隙范圍1.65-1.80 eV）在鈣鈦礦疊層太陽能電池中至關(guān)重要，與窄帶隙吸收材料（如晶體硅、銅銦鎵硒或其他鈣鈦礦）結(jié)合，可提高效率。然而，目前用于WBG鈣鈦礦制備的溶劑（如DMF和DMSO）存在問題DMF有毒且不適合大規(guī)模生產(chǎn)，而純DMSO雖環(huán)保，但其低蒸汽壓限制了均勻大面積薄膜的制備。因此，需要開發(fā)綠色溶劑體系，以解決WBG鈣鈦礦中銫（Cs?）和溴（Br?）鹽的低溶解性，同時確保高結(jié)晶性和均勻性。CHEM21標(biāo)準(zhǔn)將溶劑按安全性和環(huán)保性分為推薦、問題、危險和高危類別。DMF等有毒溶劑被歸為高危，應(yīng)避免使用；而DMSO和乙腈（ACN）被推薦為綠色溶劑，前者溶解鈣鈦礦前驅(qū)體，后者通過高蒸發(fā)速率加速結(jié)晶。此外，研究表明，ACN與DMSO組合的溶劑體系在單結(jié)鈣鈦礦中表現(xiàn)優(yōu)異，但目前研究多集中于～1.50 eV帶隙的FAPbI?鈣鈦礦，鮮有針對WBG鈣鈦礦的研究，這限制了其在疊層電池中提升效率的潛力。 在此，南京大學(xué)譚海仁教授、肖科聯(lián)合維多利亞大學(xué)Makhsud I. Saidaminov教授提出了一種由DMSO和乙腈（ACN）組成的綠色溶劑體系，可有效溶解上述鹽類，并通過添加乙醇防止前驅(qū)體降解，延長溶液加工時間窗口。使用該綠色溶劑混合物，作者成功制備出刮涂工藝的寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池，其功率轉(zhuǎn)換效率分別達(dá)到19.6%（1.78 eV）和21.5%（1.68 eV）。此外，本文還展示了面積為20.25 cm2的全鈣鈦礦疊層太陽能組件，其功率轉(zhuǎn)換效率達(dá)到23.8%。更重要的是，作者在環(huán)境空氣中成功沉積了寬帶隙鈣鈦礦，并使用相同綠色溶劑制備了窄帶隙鈣鈦礦，進(jìn)一步驗證了環(huán)保制備工藝的可行性。相關(guān)成果以“Scalable fabrication of wide-bandgap perovskites using green solvents for tandem solar cells”為題發(fā)表在《Nature Energy》上，南京大學(xué)2021級博士生段晨陽、博士后高寒、博士后肖科和加拿大維多利亞大學(xué)博士生Vishal Yeddu為論文的共同第一作者。
這是繼譚海仁教授課題組繼10月14日發(fā)表《Nature》后的又一大作。
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