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近日，四川大學材料學院太陽能材料與器件課題組與瑞士聯(lián)邦材料科學與技術研究所（Empa）合作，在窄帶隙錫（Sn）-鉛（Pb）混合鈣鈦礦薄膜太陽電池中添加劑SnF2作用機理研究方面取得了重要進展，相關成果“Unveiling Roles of Tin Fluoride Additives in High-Efficiency Low-Bandgap Mixed Tin-Lead Perovskite Solar Cells”以四川大學為第一單位發(fā)表在國際期刊Advanced Energy Materials上。該論文的共同第一作者為四川大學材料科學與工程學院2018級碩士研究生陳麒宇與2020級碩士研究生羅錦程，通訊作者為四川大學材料科學與工程學院任勝強專職博士后、趙德威特聘研究員和瑞士Empa付帆博士（研究員）。

窄帶隙錫-鉛混合鈣鈦礦因禁帶寬度接近太陽電池理想帶隙，并且結合寬帶隙鈣鈦礦太陽電池構建全鈣鈦礦疊層太陽電池，有望打破單結太陽電池肖克利-奎伊瑟理論效率極限，因此備受關注。然而，窄帶隙錫-鉛混合鈣鈦礦中錫易氧化導致薄膜內部缺陷多，結晶速率快造成薄膜質量差等問題，導致電池的效率遠未達到預期。氟化亞錫（SnF2）是有效提升窄帶隙錫-鉛混合鈣鈦礦太陽電池的必備的添加劑，但它在窄帶隙鈣鈦礦薄膜和相應器件中的作用機理仍然缺乏系統(tǒng)認知。該工作揭示了SnF2添加劑在窄帶隙 （FASnI3）0.6（MAPbI3）0.4薄膜和相應太陽電池中的作用。一方面，SnF2添加劑能夠調控錫-鉛混合鈣鈦礦薄膜的生長，促使其取向拓撲生長，提升結晶度；另一方面，SnF2的摻入能夠抑制Sn2+的氧化，降低Sn空位濃度，從而提升載流子壽命，減少載流子的非輻射復合損失。此外，該工作還發(fā)現(xiàn)在較高SnF2濃度下，F(xiàn)-會優(yōu)先聚集在空穴傳輸層/鈣鈦礦界面，導致額外的缺陷，影響光生載流子的輸運與收集，將薄膜性質與器件性能關聯(lián)性建立起來。研究者進一步優(yōu)化SnF2濃度，實現(xiàn)了20.27%的窄帶隙錫-鉛混合鈣鈦礦太陽電池，該效率是目前文獻報道窄帶隙錫-鉛混合鈣鈦礦太陽電池的較高水平之一。此項研究為進一步認知窄帶隙錫-鉛混合鈣鈦礦中，添加劑和多種添加劑之間的協(xié)同作用，以及獲得更高效窄帶隙錫-鉛混合鈣鈦礦太陽電池和全鈣鈦礦疊層太陽電池提供了幫助。

上述研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金委、四川省科技計劃項目、中央高校基本科研業(yè)務費專項資金、四川大學工科特色團隊項目及江蘇省自然科學基金資助。 

原標題：材料學院太陽能材料與器件課題組揭示SnF2添加劑在高效窄帶隙錫-鉛混合鈣鈦礦太陽電池中作用機制