提供提高轉換效率的途徑：單片全鈣鈦礦疊層太陽能電池（轉）

單片全鈣鈦礦疊層太陽能電池提供了一種提高轉換效率的途徑，超越了單結電池的限制。將效率、均勻性和穩定性結合在一起是一個重要的優先事項，但在窄帶隙混合鉛錫鈣鈦礦子電池中，由于缺陷密度高且易于氧化，因此實現這一目標具有挑戰性。還原表面錨定兩性離子分子同時提升效率，均勻性和窄帶隙子電池穩定性。兩性離子抗氧化劑可**Sn2+氧化和鈍化混合鉛錫鈣鈦礦膜晶粒表面的缺陷，使單結太陽能電池的效率達到21.7%(認證為20.7%)。在1 cm2的全鈣鈦礦疊層電池中，進一步獲得了24.2%的認證效率，在0.049 cm2和12 cm2器件中，實驗室測得的轉換效率分別為25.6%和21.4%。在環境條件、一個太陽光照下，在器件溫度54-60℃下運行500小時后，封裝的疊層器件可保持其初始性能的88%。

甲脒亞磺酸（FSA）的鉛錫混合窄帶隙鈣鈦礦膜的表征。

a. FSA處理的混合鉛錫鈣鈦礦膜在晶粒表面(包括膜面和晶界)抗氧化和缺陷鈍化示意圖。A位點代表鈣鈦礦中的一價陽離子。b. (PbI2 -SnI2)/FSA膜的XRD。垂直虛線表示混合PbI2-SnI2薄膜的衍射峰位置。c. 控制組和FSA鈣鈦礦膜的XRD。d. 控制組和FSA鈣鈦礦膜的S 2p XPS光譜。e. 控制組和FSA鈣鈦礦膜暴露在空氣中約10分鐘后的Sn 3d5/2 XPS光譜。

純鉛PSCs在效率、穩定性和可擴展性方面同時取得了進步。對于全鈣鈦礦疊層太陽能電池來說，實現這種結合仍然是一個重要的優先事項，但由于鉛錫混合窄帶隙子電池的研究中，這一目標的實現受到了限制?；旌香U錫鈣鈦礦中載流子擴散長度已提高到幾微米，但其在太陽能電池中的效率仍在或低于~21%0(其理論PCE**與鉛PSCs相當)。混合鉛錫鈣鈦礦的方法必須解決Sn2+氧化的問題，發生在薄膜結晶之前，期間和之后，甚至在低濃度的氧環境下。目前研究了抗氧化添加劑，如SnF2、SnF2-吡嗪配合物和羥基苯磺酸，以降低純錫和混合鉛錫鈣鈦礦中與Sn2+氧化相關的缺陷密度。例如，錫配比解決了混合Pb錫鈣鈦礦油墨結晶前的Sn2+氧化問題。的研究表明，即使在結晶過程中，Sn2+也會被氧化，這是由于在材料加工過程中溶劑的作用。這就要求在混合的Pb-Sn鈣鈦礦膜的結晶過程中，以及隨后的結晶過程中，都要有應對Sn2+氧化的策略。

制造**含錫鈣鈦礦的另一個挑戰來自于它們的不均勻形核和快速結晶。這導致了混合的Pb、Sn鈣鈦礦薄膜中缺陷態密度較高，以及在大襯底上生長時薄膜質量的不均勻性。缺陷晶粒表面易產生陷阱和Sn2+氧化，這不利于混合鉛錫PSCs和全鈣鈦礦疊層的穩定性、效率和規?；?。

如果在成膜過程中使晶粒表面的缺陷鈍化，并使表面錨定的鈍化分子強烈還原以**Sn2+氧化，則混合的鉛錫鈣鈦礦的質量和穩定性可以同時得到改善。如果還原鈍化分子能夠調節結晶過程，薄膜的均勻性將得到改善。

FSA的Pb-Sn窄帶隙鈣鈦礦膜的載流子動力學與均勻性。

在玻璃基板上沉積的控制組和FSA鈣鈦礦膜的穩態PL光譜(a)和時間分辨PL衰變(b)。c. 在800 nm波長的不同影響的90 fs光脈沖激發后測量的FSA鈣鈦礦膜瞬態飛秒OPTP。對沉積在玻璃基板(尺寸為2.5×2.5 cm2)上的控制組和FSA薄膜的PL強度成像(e)和放大微米的PL成像(f)。

Pb-Sn混合窄帶隙太陽能電池的光伏性能。

a. 比較控制組和FSA窄帶隙太陽能電池(面積為0.049 cm2)在相同運行時間(每種類型26個器件)的光伏性能。反掃描下FSA太陽能電池的J-V曲線。c. FSA器件相應的EQE光譜，積分電流Jsc為31.5 mA cm?2。d. 在AM1.5G和寬帶隙鈣鈦礦濾波照明下測量的控制組器件和FSA器件(面積，1.05 cm2)的J-V曲線。e. 24個對照組和47個FSA太陽能電池(面積1.05 cm2)的PCEs柱狀圖，平均PCEs分別為13.9±1.0%和17.5±0.8%。

Newport測量的鉛錫混合窄帶隙鈣鈦礦太陽能電池的認證結果。

經認證的PCE為20.74%，具有低回滯(正向掃描:Voc=0.842 V, Jsc=30.59mA cm-2, FF=80.1%， PCE=20.63%;反向掃描: Voc=0.839 V, Jsc=30.63mA cm-2, FF=81.1%， PCE=20.84%)。

單片鈣鈦礦疊層太陽能電池的光伏性能。

a, b. 全鈣鈦礦疊層太陽能電池的結構示意圖(a)和橫截面掃描電鏡圖像(b)。c. 控制組和FSA器件太陽能電池的J-V曲線(面積，1.05 cm2)。d. FSA設備的EQE曲線。前后子電池的Jsc積分電流分別為16.1和15.7 mA cm?2。e.  36個對照組和40個FSA疊層太陽能電池(1.05 cm2)的PCEs柱狀圖。平均PCEs分別為21.1±0.7%和23.9±0.6%。f. 面積為0.049 cm2的FSA疊層器件的J-V曲線。g. 穩定的功率輸出的FSA疊層電池(0.049 cm2)。插圖為63個器件PCE分布，平均PCE 24.6±0.4%。h. FSA器件的EQE曲線(0.049 cm2)。前后子電池的Jsc積分電流分別為16.1和16.0 mA cm?2。i. 面積為12 cm2的FSA疊層電池的J-V曲線。插圖顯示相應器件的照片。反掃PCE為21.4%，Voc為1.958 V, Jsc為14.8 mA cm?2,FF為73.8%。

全鈣鈦礦疊層太陽能電池的大氣環境和運行穩定性。a.未封裝疊層太陽能電池儲存在濕度約為20%的干燥環境空氣下的光伏性能變化。b. 在濕度為30-50%的環境空氣中，在完全模擬的AM1.5G光照條件下(100 mW cm?2, Xe燈模擬器)連續追蹤封裝疊層太陽能電池500小時以上的MPP。對照組/ ALD-SnO2、FSA/BCP和FSA/ ALD-SnO2初始PCEs分別為21.8%、24.3%和24.4%。由于太陽能照明下的發熱，器件運行時溫度在54-60℃左右。設備運行無被動冷卻，環境溫度保持在25℃左右。面積為1.05 cm2。