近日，華南理工大學(xué)嚴克友教授團隊在鈣鈦礦太陽能電池領(lǐng)域取得了重大突破，成功制備了全球首個2端全無機鈣鈦礦疊層電池，并發(fā)表了題為“Durable all Inorganic perovskite tandem photovoltaics”的研究成果于Nature期刊上。

針對鈣鈦礦電池光熱穩(wěn)定性差的行業(yè)難題，嚴克友教授團隊采用了綠色配體演變策略，成功調(diào)控了全無機窄帶隙鈣鈦礦薄膜的成核結(jié)晶過程。通過這一創(chuàng)新方法，團隊不僅解決了錫離子誘導(dǎo)的薄膜形貌差和深陷阱態(tài)問題，還實現(xiàn)了無機窄帶隙鈣鈦礦太陽能電池效率的大幅提升。

具體而言，團隊利用對甲苯磺酰肼的配體演變策略，制備了帶隙為1.31 eV的無機窄帶隙CsPb0.4Sn0.6I3鈣鈦礦太陽能電池。這一策略在低溫處理階段調(diào)控了鈣鈦礦薄膜的結(jié)晶過程，同時在高溫處理時將薄膜中的Sn4+還原成Sn2+，減少了深能級陷阱態(tài)。此外，對甲苯磺酰肼的生成產(chǎn)物對甲苯磺酸又作為新的配體，鈍化了鈣鈦礦薄膜的缺陷態(tài)。這一系列創(chuàng)新舉措使得CsPb0.4Sn0.6I3鈣鈦礦太陽能電池的效率達到了17.41%的破紀錄水平。

在此基礎(chǔ)上，團隊結(jié)合帶隙為1.92 eV的CsPbI2Br頂電池，成功構(gòu)建了效率為22.57%(認證為21.92%)的2端全無機鈣鈦礦疊層太陽能電池。這一成果不僅打破了鈣鈦礦太陽能電池的效率瓶頸，還解決了光熱穩(wěn)定性差的問題，為鈣鈦礦太陽能電池的商業(yè)化應(yīng)用奠定了堅實基礎(chǔ)。

此次研究得到了海外高層次人才計劃、國家自然科學(xué)基金、廣東省創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)團隊及青年拔尖人才計劃、興華人才計劃等多項基金的的大力支持。論文第一作者為段程皓博士，嚴克友教授為唯一通訊作者，華南理工大學(xué)為第一完成單位。此外，德國Christoph J. Brabec教授、瑞典林雪平大學(xué)高峰和王鋒教授、香港中文大學(xué)路新慧教授以及國家納米中心丁黎明研究員等也參與了此次研究。

未來，嚴克友教授團隊將繼續(xù)針對減少無機寬帶隙子電池的電壓損耗、提高無機窄帶隙子電池的穩(wěn)定性以及減少復(fù)合層連接時的電壓損耗等問題開展進一步的研究，以期降本增效，推動鈣鈦礦太陽能電池技術(shù)的持續(xù)進步。