D.K.Dwivedi 现时Sci. Rep.:硒掺杂赋能使环保FASnI₃钙钛矿电池效率飙至32%!

2025-07-30

标图.png

主要内容
在Madan Mohan Malaviya University of Technology (MMMUT),D.K. Dwivedi教授领衔的科研团队开展了一项**开创性的研究工作。锡(Sn)基钙钛矿太阳能电池(PSCs)凭借其独特的优势,如较长的热载流子寿命、较窄的带隙以及良好的生物相容性,长期以来一直是能源领域科研人员关注的热点。然而,基于n-i-p结构的锡基钙钛矿太阳能电池在实际应用中却面临着性能不佳的困境。
01
溯源困境:传统方案在锡基钙钛矿电池中的“水土不服”
深入探究发现,问题的根源在于*初专为n-i-p型铅基钙钛矿太阳能电池设计的金属氧化物电子传输层(ETLs),被直接套用于锡基体系。这种“生搬硬套”的做法,使得传输层与锡基钙钛矿材料无法良好适配。此外,金属氧化物自身存在较深的能级,这不利于电荷的有效传输;同时,普遍存在的氧空位缺陷,会捕获电荷,增加电荷复合的几率,进一步加剧了电池性能的恶化,导致锡基钙钛矿太阳能电池在实际应用中表现不佳。

02
创新破局:Sn(S₀.₉₂Se₀.₀₈)₂开启*效传输新路径
为攻克氧化不稳定以及与传统金属氧化物电子传输层兼容性差等长期困扰锡基钙钛矿太阳能电池发展的难题,D.K. Dwivedi教授团队大胆创新,率先将Sn(S₀.₉₂Se₀.₀₈)₂引入该领域,作为新型电子传输层。硒掺杂赋予了这种新型材料独特的性质,它不仅能够稳定晶格结构,减少因晶格畸变导致的电荷散射;在热应力等复杂工况下,依然可以保持**的性能稳定性,确保电荷传输的顺畅。而且,它能有效防止Sn²⁺的氧化,避免氧分子脱附,从而减少因氧化和脱附产生的缺陷,为电池的*效稳定运行提供了有力保障。

团队对多种电荷传输层进行了全面且深入的系统性研究。通过大量的实验对比和理论分析,发现SnS₂、TiO₂以及金属掺杂的Sn(S₀.₉₂Se₀.₀₈)₂均具备提*FASnI3(带隙(Eg)≈1.41电子伏特(eV))钙钛矿太阳能电池效率的潜力。经过多轮优化筛选,确定当采用Sn(S₀.₉₂Se₀.₀₈)₂作为电子传输层、PTAA作为空穴传输层(HTL)时,电池性能达到**,并构建了**的器件结构:Au/PTAA/FASnI₃/Sn(S₀.₉₂Se₀.₀₈)₂/FTO。


03
成果斐然:材料创新引领太阳能技术新征程
在确定**结构后,团队并未满足于现状,而是进一步对活性层、电子传输层和空穴传输层的厚度、受主密度(NA)、缺陷密度(Nt)随厚度的变化规律、界面缺陷(IDD)以及温度变化等多个关键参数进行了细致入微的评估与优化。经过不懈努力,取得了令人振奋的优化成果:光电转换效率(PCE)*达32.22%,开路电压(Voc)达到1.2762 V,填充因子(FF)为81.87%,短路电流密度(JSC)为30.836 mA·cm⁻²。这些详实可靠的数据充分证明,Sn(S₀.₉₂Se₀.₀₈)₂相较于传统的SnS₂和TiO₂电子传输层具有显著优势,是提升锡基钙钛矿太阳能电池性能的理想选择。

本研究创新性地将效率提升与环境可持续性有机结合,为无铅钙钛矿太阳能电池的发展树立了全新的标杆,充分展示了材料创新在释放锡基钙钛矿太阳能电池巨大潜力方面的关键作用。该成果不仅成功解决了当前锡基钙钛矿太阳能电池发展面临的诸多局限性,更为开发可规模化、可靠且环保的太阳能技术带来了新的希望,有望推动太阳能领域迈向一个新的发展阶段。

1.png2.png3.png4.png5.png6.png7.png8.png9.png10.png11.png12.png13.png14.png15.png表1.png表11.png表2.png


文献信息

Revolutionizing environment friendly FASnI3 perovskite solar cells with pioneering selenium doped metal chalcogenide charge transport layer unlocking 32% efficiency

Akash Anand Verma & D. K. Dwivedi

https://www.nature.com/articles/s41598-025-93786-9

产品链接-Setfos.png

产品链接-paios.png产品链接-双灯太阳光模拟器.png

- 产品咨询及购买请联系我们 -



分享