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　　近日，上(shang)海(hai)交通大(da)(da)學環境科學與工程(cheng)學院趙(zhao)一新(xin)教(jiao)授(shou)團(tuan)隊在Nature發(fa)表了(le)(le)(le)題為(wei)“Impurity-healing interface engineering for efficient perovskite submodules”的(de)(de)研究論文。該工作(zuo)設計開(kai)發(fa)了(le)(le)(le)一種雜質修復(fu)的(de)(de)界面工程(cheng)新(xin)策略(lve)，解(jie)決了(le)(le)(le)工業(ye)化大(da)(da)規(gui)模制備鈣(gai)鈦礦模組中(zhong)面臨(lin)的(de)(de)大(da)(da)面積(ji)引(yin)發(fa)雜質累積(ji)效(xiao)應的(de)(de)關鍵科學問(wen)題，并和寧德時代(dai)21C創(chuang)新(xin)實驗室合作(zuo)，成功實現了(le)(le)(le)光電(dian)轉換(huan)效(xiao)率超過22%的(de)(de)30 cm × 30 cm大(da)(da)尺寸高性能鈣(gai)鈦礦光伏模組。

　　光(guang)伏領域廣泛使用的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)晶硅(gui)具有單一(yi)(yi)組分的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)特(te)點，由(you)小(xiao)面積(ji)(ji)(ji)(ji)單晶器件(jian)組裝(zhuang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)單晶硅(gui)電(dian)(dian)池(chi)在(zai)組件(jian)放大(da)過(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)效率(lv)基本保持不變(bian)。而具有大(da)面積(ji)(ji)(ji)(ji)模(mo)組整體一(yi)(yi)次性制(zhi)備優勢的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)多元(yuan)組分薄膜太陽(yang)能電(dian)(dian)池(chi)(如銅銦鎵硒(CIGS))，長期面臨組件(jian)成品率(lv)低(di)和大(da)面積(ji)(ji)(ji)(ji)效率(lv)低(di)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)困擾。背后的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)關鍵(jian)科學問題是多元(yuan)組分太陽(yang)能電(dian)(dian)池(chi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)大(da)面積(ji)(ji)(ji)(ji)制(zhi)備難(nan)以避免局部雜質、組分偏(pian)析以及(ji)結構缺陷的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)累(lei)積(ji)(ji)(ji)(ji)效應，影響整體性能及(ji)成品率(lv)。作為未(wei)來(lai)光(guang)伏重要方(fang)向的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)鈣(gai)鈦(tai)礦(kuang)太陽(yang)能電(dian)(dian)池(chi)也同樣(yang)面臨著大(da)面積(ji)(ji)(ji)(ji)模(mo)組效率(lv)與成品率(lv)降低(di)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)難(nan)題。其中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)關鍵(jian)原因是多元(yuan)組分的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)鈣(gai)鈦(tai)礦(kuang)在(zai)大(da)面積(ji)(ji)(ji)(ji)制(zhi)備的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)結晶過(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)會出現多種(zhong)類(lei)型的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)雜質和組分偏(pian)析，如黃相非鈣(gai)鈦(tai)礦(kuang)、碘化鉛及(ji)表界面缺陷等(deng)。該類(lei)問題在(zai)小(xiao)面積(ji)(ji)(ji)(ji)器件(jian)上影響較小(xiao)，且(qie)可以通過(guo)(guo)多種(zhong)方(fang)法(fa)解決或(huo)避免。但是在(zai)大(da)面積(ji)(ji)(ji)(ji)制(zhi)備中(zhong)，這些雜質的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)累(lei)積(ji)(ji)(ji)(ji)效應嚴重制(zhi)約模(mo)組的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)性能提升，并且(qie)還會影響鈣(gai)鈦(tai)礦(kuang)太陽(yang)能電(dian)(dian)池(chi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)運行穩定性，成為產業化的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)關鍵(jian)挑(tiao)戰之一(yi)(yi)。

圖1 基于(yu)2D CHEA2PbI4的(de)雜質修復(fu)界面工程

　　趙(zhao)一(yi)新(xin)教(jiao)授團隊長期圍繞鈣(gai)(gai)(gai)鈦(tai)(tai)(tai)礦太陽能(neng)電池(chi)，深耕和引領(ling)高效(xiao)(xiao)穩定鈣(gai)(gai)(gai)鈦(tai)(tai)(tai)礦的(de)(de)化(hua)(hua)(hua)學創制研(yan)究。為(wei)(wei)解決上述雜(za)(za)質(zhi)累積效(xiao)(xiao)應影響大面(mian)積器(qi)件(jian)(jian)性(xing)能(neng)的(de)(de)問題，趙(zhao)一(yi)新(xin)團隊報道(dao)了(le)一(yi)種基(ji)于環己(ji)烯基(ji)乙胺鹽的(de)(de)低維鈣(gai)(gai)(gai)鈦(tai)(tai)(tai)礦CHEA2PbI4的(de)(de)新(xin)型雜(za)(za)質(zhi)修(xiu)(xiu)復策(ce)略。不同于導電性(xing)欠佳(jia)的(de)(de)傳統二維(2D)鈣(gai)(gai)(gai)鈦(tai)(tai)(tai)礦，CHEA2PbI4鈣(gai)(gai)(gai)鈦(tai)(tai)(tai)礦的(de)(de)導電性(xing)能(neng)優(you)異。通過CHEAI界面(mian)工程處(chu)理(li)，三維鈣(gai)(gai)(gai)鈦(tai)(tai)(tai)礦薄膜(mo)中(zhong)的(de)(de)碘化(hua)(hua)(hua)鉛、黃相非鈣(gai)(gai)(gai)鈦(tai)(tai)(tai)礦等雜(za)(za)質(zhi)均可以完全轉化(hua)(hua)(hua)為(wei)(wei)性(xing)能(neng)優(you)秀(xiu)的(de)(de)2D CHEA2PbI4鈣(gai)(gai)(gai)鈦(tai)(tai)(tai)礦。對(dui)微觀(guan)結構(gou)的(de)(de)研(yan)究表明，CHEAI處(chu)理(li)可以在(zai)鈣(gai)(gai)(gai)鈦(tai)(tai)(tai)礦薄膜(mo)表面(mian)和晶界形成有效(xiao)(xiao)鈍化(hua)(hua)(hua)缺陷的(de)(de)2D CHEA2PbI4覆蓋層(ceng)，對(dui)鈣(gai)(gai)(gai)鈦(tai)(tai)(tai)礦薄膜(mo)穩定化(hua)(hua)(hua)提(ti)供(gong)(gong)優(you)良的(de)(de)保障，并為(wei)(wei)高效(xiao)(xiao)的(de)(de)電荷傳輸提(ti)供(gong)(gong)了(le)通道(dao)，小面(mian)積器(qi)件(jian)(jian)中(zhong)的(de)(de)填充(chong)因子(zi)(FF)可以達到(dao)0.86的(de)(de)高水(shui)平。更(geng)重(zhong)要的(de)(de)是，基(ji)于CHEAI的(de)(de)雜(za)(za)質(zhi)修(xiu)(xiu)復界面(mian)工程具有工藝容忍性(xing)好(hao)、操(cao)作窗口寬的(de)(de)優(you)勢，非常適合大面(mian)積器(qi)件(jian)(jian)制備(bei)的(de)(de)工藝擴(kuo)展，成功實(shi)現了(le)大面(mian)積薄膜(mo)的(de)(de)雜(za)(za)質(zhi)修(xiu)(xiu)復。

圖2 雜質修復后的鈣鈦礦薄膜及大面積高效率模組

　　自(zi)2019年以來，趙一(yi)新團(tuan)隊(dui)和寧德(de)時(shi)代開(kai)展了鈣(gai)鈦礦(kuang)太陽能電(dian)(dian)(dian)池的(de)(de)(de)(de)一(yi)系(xi)列(lie)合作(zuo)，致力(li)于解決(jue)鈣(gai)鈦礦(kuang)太陽能電(dian)(dian)(dian)池產業(ye)化過程中面(mian)(mian)(mian)臨(lin)的(de)(de)(de)(de)關鍵科學難題。上(shang)述(shu)雜質(zhi)修(xiu)復的(de)(de)(de)(de)界面(mian)(mian)(mian)工(gong)(gong)程成(cheng)功應用于30 cm × 30 cm大面(mian)(mian)(mian)積模組(zu)(zu)，獲(huo)得(de)了文獻報道(dao)的(de)(de)(de)(de)國(guo)際(ji)領先(xian)的(de)(de)(de)(de)22.80%開(kai)口面(mian)(mian)(mian)積效率(lv)(第三方認證效率(lv)22.46%)。此項(xiang)工(gong)(gong)作(zuo)解決(jue)了大面(mian)(mian)(mian)積多(duo)元(yuan)組(zu)(zu)分鈣(gai)鈦礦(kuang)薄膜面(mian)(mian)(mian)臨(lin)的(de)(de)(de)(de)雜質(zhi)多(duo)、導(dao)電(dian)(dian)(dian)性(xing)差(cha)、均(jun)一(yi)性(xing)差(cha)等難題，為進一(yi)步提升大面(mian)(mian)(mian)積鈣(gai)鈦礦(kuang)光伏(fu)模組(zu)(zu)性(xing)能提供了重要思路。

　　上海(hai)交通(tong)大(da)(da)(da)學(xue)(xue)環境(jing)科(ke)學(xue)(xue)與(yu)(yu)工(gong)程學(xue)(xue)院(yuan)博士(shi)生王海(hai)飛(fei)、交大(da)(da)(da)與(yu)(yu)寧德時代(dai)校企(qi)聯培博士(shi)生蘇碩劍和陳悅天副教授(shou)為該論(lun)文的(de)共同(tong)第一(yi)作者(zhe)。上海(hai)交通(tong)大(da)(da)(da)學(xue)(xue)環境(jing)科(ke)學(xue)(xue)與(yu)(yu)工(gong)程學(xue)(xue)院(yuan)繆(mou)炎(yan)峰副研(yan)究員，寧德時代(dai)21C創新(xin)實驗室歐(ou)陽楚英(ying)教授(shou)，環境(jing)科(ke)學(xue)(xue)與(yu)(yu)工(gong)程學(xue)(xue)院(yuan)/溥淵未(wei)來技術學(xue)(xue)院(yuan)未(wei)來光伏研(yan)究中心(xin)主任趙一(yi)新(xin)教授(shou)為通(tong)訊作者(zhe)，上海(hai)交通(tong)大(da)(da)(da)學(xue)(xue)為第一(yi)單位。該研(yan)究得到國家自然科(ke)學(xue)(xue)基金、上海(hai)市自然科(ke)學(xue)(xue)基金、上海(hai)市浦(pu)江人才計劃、青(qing)山科(ke)技獎(jiang)等項目(mu)的(de)資助。

　　論文鏈接：

　　//www.nature.com/articles/s41586-024-08073-w