该成果突破传统基于容忍因子的阳离子掺杂设计范式,利用钙钛矿薄膜材料的晶格应变,将尺寸小于容忍因子下限的Rb+离子嵌入钙钛矿晶格中,从而提升元素分布的均匀性,有效提高离子迁移势垒,抑制相分离的发生。
研究团队通过Rb⁺离子的A位掺杂策略,成功将带隙为1.67 eV的宽带隙钙钛矿器件开路电压提升至1.30 V,创下该类器件的纪录。同时,该策略显著抑制了光致相分离现象,在连续400分钟一个太阳光照条件下,未观察到明显相分离,表现出优异的光照稳定性。
多尺度材料表征,阐明了Rb+掺杂在改善钙钛矿薄膜面内以及面外方向上组分均匀性中的核心作用。进一步通过荧光量子产率测试,观察到Rb+掺杂大幅增强了宽带隙钙钛矿的准费米能级分裂,揭示了器件开路电压的提升机理。
该策略在实现高开路电压与长期稳定性的同时,具备良好的材料兼容性和工艺适应性,可广泛适用于多种宽带隙钙钛矿体系,特别适合用于叠层太阳能电池的顶电池设计。未来有望推动钙钛矿叠层器件效率的持续突破,并为高稳定性、可大面积制备的光伏技术发展提供坚实基础,具有重要的产业化应用潜力。
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