Nat Commun：高效鈣鈦礦/有機(jī)疊層太陽能電池中有機(jī)薄膜演化與復(fù)合損失研究

鈣鈦礦/有機(jī)疊層太陽能電池是突破單結(jié)器件效率極限的潛力路徑，然而其性能受限于有機(jī)子電池中的復(fù)合損失。

本文青島大學(xué)劉玉強(qiáng)和張文科、四川大學(xué)李鴻祥、南方科技大學(xué)邱龍斌、北京師范大學(xué)張文凱和薄志山等人通過追蹤有機(jī)薄膜形成初期的演化過程，系統(tǒng)研究了這些損失的來源。我們通過策略性調(diào)控給受體比例來調(diào)節(jié)薄膜生長特性，并利用原位技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測結(jié)晶動(dòng)力學(xué)。研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)共混膜中給體含量的差異對溶液-固態(tài)轉(zhuǎn)變過程具有微調(diào)作用。當(dāng)給體含量不足時(shí)，受體分子易發(fā)生聚集，破壞分子堆疊并降低結(jié)晶度。這些形貌變化阻礙了激子解離，進(jìn)而導(dǎo)致電荷復(fù)合并降低整體器件性能。

通過優(yōu)化薄膜形貌與結(jié)晶過程，我們成功降低了復(fù)合損失，實(shí)現(xiàn)了效率高達(dá)26.42%的鈣鈦礦/有機(jī)疊層太陽能電池。

文章亮點(diǎn)：

1. 原位揭示薄膜演化機(jī)制：利用原位GIWAXS、UV-Vis與PL技術(shù)，實(shí)時(shí)追蹤有機(jī)活性層從溶液到固態(tài)的結(jié)晶過程，明確給體含量對晶體成核、生長及分子取向的關(guān)鍵調(diào)控作用。

2. 闡明給受體比例對性能的影響：發(fā)現(xiàn)給體含量不足會導(dǎo)致受體過度聚集、結(jié)晶質(zhì)量下降，進(jìn)而削弱激子解離與電荷傳輸，加劇復(fù)合損失，最終限制器件效率。

3. 實(shí)現(xiàn)高效疊層器件：通過優(yōu)化D:A比例，有效調(diào)控薄膜形貌與結(jié)晶行為，顯著降低復(fù)合損失，最終制備出效率達(dá)26.42%的鈣鈦礦/有機(jī)疊層太陽能電池，為當(dāng)前溶液加工型疊層器件的領(lǐng)先水平。

Cui, X., Xie, G., Ran, G. et al. Organic film evolution and recombination losses in highly efficient perovskite/organic tandem solar cells. Nat Commun 16, 8986 (2025).