【儀表網 研發快訊】全鈣鈦礦串聯太陽能電池在實現超越單結Shockley–Queisser極限的光電轉換效率(PCE)方面展現出巨大潛力。然而，作為全鈣鈦礦串聯器件關鍵部件的窄帶隙錫鉛(Sn–Pb)鈣鈦礦太陽能電池(PSCs)，在長期光照下容易出現Sn²?被氧化為Sn??的現象，伴隨離子遷移、晶格應力集中和結構畸變等問題，嚴重制約了器件的穩定性和效率提升。
 

　　針對上述瓶頸，中國科學院寧波材料技術與工程研究所葛子義研究員和劉暢研究員等人在前期鈣鈦礦太陽能電池研究的基礎上(Nat. comm. 2025, 16, 4148; Joule. 2024, 8, 1120-1141; Adv. Mater. 2025, 29, 2415627; Adv. Mater. 2025, 22, 2410779; Energy Environ. Sci. 2024,17, 8557-8569; Adv. Mater. 2024, 20 2400852; Adv. Mater. 2024, 36, 2309998; Adv. Mater. 2024, 8, 2309208; Adv. Mater. 2023, 2302752; Angew. Chem. 2023, 135, e202217526)，提出了一種基于剛性三磺酸根多齒配位分子的“晶格穩定與應變均一化”策略。該分子可與Sn²?形成強配位鍵，顯著增強Sn–I鍵強度，并通過抑制極化聲子耦合降低光致晶格振動與應力集中。同時，均勻化Sn/Pb組分分布，有效緩解了長期照射下的結構退化問題。研究結果表明，該策略實現了在窄帶隙(NBG)PSCs中的高穩定性和高效率突破。優化后的NBG器件PCE達到23.2%，在最大功率點(MPP)下穩定運行2800小時后仍保持初始效率的92.5%。進一步應用于2T全鈣鈦礦串聯器件后，PCE達到29.6%(認證效率29.2%)，這是目前公開報道的全鈣鈦礦PSCs最高效率之一，在光照下穩定運行700小時后保持初始效率的93.1%。
 

　　這一工作不僅揭示了Sn–Pb鈣鈦礦光致降解的結構與動力學機制，還提出了可推廣至其他窄帶隙體系的穩定化分子設計思路，為實現高效、長壽命全鈣鈦礦串聯太陽能電池提供了重要的材料與方法學支撐。相關研究成果以“Lattice stabilization and strain homogenization for suppressing light-induced degradation of Sn–Pb perovskite and all-perovskite tandem solar cells”為題，發表于 Nature Communications(DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-025-59515-6)。
 

　　寧波材料博士生白楊、寧波材料所博士后孟員員和寧波材料所-浙江工業大學聯培生楊明為該論文的共同第一作者，寧波材料所葛子義研究員和劉暢研究員為該論文的通訊作者。本工作得到了國家杰出青年科學基金(21925506)、國家自然科學基金(2243000169、U21A20331、81903743、22279151、22275004)以及浙江省“領雁”研發攻關計劃(2024C01091)等項目的資助。
 

　　圖1(a)NTS體系添加劑的作用機制；(b) 全鈣鈦礦疊層太陽能電池器件J-V曲線及其參數