晶体改性剂吡拉西坦为高效全钙钛矿叠层太阳能电池提供了可扩展的策略

所有钙钛矿叠层太阳能电池（TSC）是一类由两个或多个子电池组成的太阳能电池，这些子电池吸收不同波长的光，所有子电池都由钙钛矿（即具有已知有效吸收光的特征晶体结构的材料）制成。这些太阳能电池被发现是一种极具前景的能源解决方案，因为它们可以比现有的硅基太阳能电池更有效地将阳光转化为电能。

尽管有潜力，但迄今为止开发的大多数钙钛矿TSC只有在很小的时候才能表现良好，并且随着尺寸的增加，它们的性能会迅速下降。这最终阻止了它们的大规模制造和部署。

武汉大学和中国其他研究所的研究人员最近推出了一项新策略，旨在提高所有钙钛矿TSC的性能，无论其大小如何，这反过来又有助于其未来的商业化。他们在《自然纳米技术》上发表的一篇论文中概述了他们提出的制造这些电池的方法，该方法需要使用吡拉西坦，这是一种化学添加剂，可以帮助控制宽带隙钙钛矿中晶体形成的初始阶段（即成核）。

“所有钙钛矿TSC都具有卓越的性能和广泛的适用性，”傅世强、周顺及其同事在论文中写道。“然而，在弥合小面积和大面积（>；1）之间的功率转换效率（PCE）差距方面仍然存在重大挑战 cm2）器件，这对所有钙钛矿TSC的商业化构成了巨大的障碍。我们推出了一种专门的晶体改性剂吡拉西坦，专为宽带隙钙钛矿量身定制，使顶部宽带隙子电池均匀化，并能够构建高效的大面积TSC。“

吡拉西坦，一种分子式为C的合成化合物₆H₁₀N₂O₂,首次引入于20世纪60年代。作为研究的一部分，研究人员将这种化合物用作晶体改性剂，或者更具体地说，用于控制钙钛矿晶体的生长并消除不希望的残留化合物，最终提高所有钙钛矿太阳能电池的性能。傅、周和他们的同事解释说：“吡拉西坦具有酰胺和吡咯烷酮部分，最初会调节钙钛矿成核，导致晶粒变大，倾向于（110）取向，结晶度增强，光电性能均匀。”。“在随后的退火过程中，它进一步消除了残留的PbI2，并促进了一维（Pi）PbI3（Pi = 吡拉西坦）钙钛矿纳米针在晶界和表面。“

研究人员使用他们提出的方法合成了更平滑、高质量的宽带隙钙钛矿薄膜，显示出更少的缺陷和更高的结晶度。然后，他们使用这些薄膜制造了小型和大型TSC，并在一系列测试中进行了评估。

”单结1.77 eV带隙太阳能电池实现了1.36的认证开路电压 V和20.35%的PCE，”傅、周和他们的同事写道。“此外，我们的单片双端全钙钛矿TSC，孔径面积为0.07 平方厘米和1.02 cm2，产量PCE分别为28.71%（稳定28.55%，认证28.13%）和28.20%（稳定28.05%，认证27.30%），表明从小面积设备过渡到大面积设备时，PCE损失最小为0.51%。

“此外，吡拉西坦在不同的钙钛矿成分中表现出广泛的适用性，将单结的PCE从23.56%提高到25.71%1.56 eV带隙对应物。“

这项最新研究的结果突显了吡拉西坦作为晶体改性剂的潜力，可以提高太阳能电池宽带隙钙钛矿薄膜的质量。未来，傅、周和他的同事采用的方法可能有助于推动所有钙钛矿TSC的发展，在扩大规模的同时提高其性能，并促进其广泛采用