鈣鈦礦最新Nature Energy！！！

一、【科學背景】

光伏技術，作為主要的再生能源與低碳解決方案，預計到2050年將占全球一半以上的電力產量。盡管硅和碲化鎘仍將主導市場，但新興的鈣鈦礦技術展示出極大潛力。然而，盡管鈣鈦礦器件已在功率轉換效率（PCE）和耐久性方面取得顯著進步，但其單結PCE在近五年一直滯留在約25-26%，接近理論極限。目前，盡管其他光伏技術已經開發出精確控制帶隙分級和表面場的設計原則，但針對鈣鈦礦表面和界面的設計能力，特別是利用2D/3D異質結構，這方面的研究和理解尚未充分發展。由于缺乏具體的選擇和設計規則，嚴重阻礙了鈣鈦礦技術的進一步優化和提升。

二、【創新成果】

近日，麻省理工學院Moungi G. Bawendi?&Vladimir Bulovi?&韓國化學技術研究院Seong Sik Shin等研究者在Nature Energy上發表了題為“Reduced recombination via tunable surface fields in perovskite thin films”的論文，該研究通過深入優化鈣鈦礦光伏器件的表面處理，實現了電荷載流子壽命的顯著延長，進一步推動了鈣鈦礦光伏技術的發展，具有巨大的科學突破和實際應用潛力。該研究揭示了鈣鈦礦光伏器件中新的可調鈍化策略和機制：六基溴化銨處理產生富含碘化物的2D層和Br鹵化物梯度，從有缺陷的表面到3D層。延長電荷載流子壽命（＞30 μs）、降低界面復合速度（＜7 cm s^?1），從而推動PCE向25%以上邁進。該研究揭示了一種優化和調整半導體界面復合和電荷傳輸的策略和旋鈕，為實現下一代鈣鈦礦器件性能記錄奠定新的前沿。

圖1 基于HABr處理，改善載流子壽命 ? 2024 Springer Nature

圖2 通過設備深度進行元素映射 ? 2024 Springer Nature

圖3 鈣鈦礦表面附近的載流子動力學和能量學 ? 2024 Springer Nature

圖4 界面處減少的載流子復合 ? 2024 Springer Nature

三、【科學啟迪】

該研究揭示了2D/3D異質結構在提升鈣鈦礦光電轉換效中發揮的關鍵作用。通過揭示化學處理優化納米級載流子動力學的過程，突破了25%的PCE里程碑并制定了實現30% PCE的設計原則。研究發現HABr處理主要在3D體層頂部形成富含碘的2D層，并且Br滲透到3D層中>100 nm，并選擇性地瞄準頂面和晶界。這種機理為優化表面電場和載流子分布提供了新的啟示。同時，該研究為優化鈣鈦礦中的能級排列以及改善重組和電荷傳輸奠定了基礎。

原文詳情：https://www.nature.com/articles/s41560-024-01470-5

本文由WYH供稿。