实验室小面积钙钛矿太阳能电池（PSCs）的光电转换效率已达到25.2%，进一步的性能优化将更大程度地依赖于对器件基础物理的深入研究。目前限制钙钛矿太阳电池效率进一步提升的其中一个重要因素便是钙钛矿材料内部或器件中的非辐射复合中心及载流子传输过程中引入的能量损失。但由于缺乏有效的精细化表征手段，对于钙钛矿太阳能电池中此类能量损失机制的认知仍非常局限。因此，开发快速有效的钙钛矿材料及钙钛矿太阳能电池器件的缺陷表征技术对于钙钛矿太阳电池的性能提升意义重大。

荧光成像技术具有无损、响应迅速、分辨率高等突出优势，已广泛应用于晶硅电池片的快速分拣和砷化镓太阳电池的缺陷探测及性质研究，但该项技术在钙钛矿太阳能电池中的应用仍十分有限。近日，四川大学太阳能材料与器件研究所提出了一种基于光电互易定理与钙钛矿太阳能电池荧光成像技术相结合的表征策略，在三阳离子（FA⁺、MA⁺和Cs⁺）钙钛矿材料体系中引入过量的氯化铅（PbCl₂），通过组分工程（MACl与PbCl₂双氯钝化）提高了(CsPbI₃)_0.05((FAPbI₃)_1-x(MAPbBr₃)_x)_0.95基钙钛矿薄膜的均匀性并抑制了非辐射复合，显著提高了薄膜质量、优化了器件性能（图1）。基于(CsPbI₃)_0.05((FAPbI₃)_1-x(MAPbBr₃)_x)_0.95吸收层的PSCs外量子荧光效率达到1.14％（相当于0.116 V的非辐射电压损失）。在一定辐照水平下，具有良好的局部和全局载流子传输特性。基于前驱液过量PbCl₂组分工程实现缺陷钝化的小面积PSCs获得接近22%的平均效率；基于对小面积钙钛矿太阳能电池的器件物理认知及对组件串联集成技术的开发优化，研究者们最终在孔径面积为25.49 cm²的钙钛矿太阳能电池组件上实现了认证效率17.88％的突破，组件的填充因子达到了78％以上（图2）。此外，双氯钝化的钙钛矿太阳能组件的稳定性也得到了大幅提升，5000小时放置后仍能保持初始效率的90%（图3）。

基于光电互易定理与钙钛矿太阳能电池荧光成像技术相结合的表征策略明晰了钙钛矿器件衰降和局部缺陷分流行为相关机理，建立和完善基于空间分辨成像的器件局部能量损失表征方法及评价体系，为追溯钙钛矿器件性能差异根源、指导钙钛矿光电器件性能优化和器件结构设计提供理论和技术支撑。此外，本文所报道的定量、空间分辨测试表征技术有望成为在钙钛矿太阳能电池组件的大规模生产中进行实时评估和快速检测的重要工具。

图1.（A, B）对照组和经PbCl₂钝化后的钙钛矿薄膜的高分辨率μ-PL图像；（C-F） 对照组和经PbCl₂钝化后的钙钛矿薄膜PL发射谱、Raman光谱 、TRPL载流子寿命和X射线衍射谱。

图2.（A）PSCs电池结构示意图；（B）对照组和PbCl₂钝化组钙钛矿太阳能电池的局部结电压成像及与其对应的局部结电压统计分布；（C）钙钛矿组件照片；(D) 认证效率为17.88%、孔径面积为25.49cm²钙钛矿组件的IV曲线。

图3. 钙钛矿太阳能组件的稳定监测：各项性能参数与组件放置时间的关系曲线。

相关研究成果发表在Joule上，文章的通讯作者为郝霞副研究员和四川大学赵德威研究员，电子科技大学任翱博和四川大学赖华贵为共同第一作者。该研究工作得到四川省科技计划、国家能源中心开放课题、中央高校基本科研业务费专项资金及留学基金委员会的大力资助。

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Efficient Perovskite Solar Modules with Minimized Nonradiative Recombination and Local Carrier Transport Losses

Aobo Ren, Huagui Lai, Xia Hao, Zeguo Tang, Hao Xu, Bernice Mae F. Yu Jeco, Kentaroh Watanabe, Lili Wu, Jingquan Zhang, Masakazu Sugiyama, Jiang Wu, Dewei Zhao

Joule, 2020, DOI: 10.1016/j.joule.2020.04.013

作者简介

赵德威，四川大学特聘研究员，博士生导师。从事新能源材料与器件（钙钛矿和有机）、发光材料与器件（钙钛矿、量子点、有机）、钙钛矿探测器、新型柔性电极及应用等研究与开发。在Nature Energy（2篇）、Science、Joule、Science Bulletin、Adv. Mater.、J. Am. Chem. Soc.、Adv. Energy Mater.、ACS Energy Lett. 等学术刊物上发表论文100 余篇，引用6600 余次，H因子45。

郝霞，四川大学特聘副研究员，四川省特聘专家。从事钙钛矿、碲化镉、有机小分子及铜铟镓硒太阳电池的研究和开发。在Joule、ACS Appl. Mater. Interfaces，Org. Electron.、Appl. Energy等学术期刊上发表文章20多篇。

任翱博，目前为电子科技大学基础与前沿研究院博士后，2019年6月在四川大学和日本东京大学先端科学技术研究中心（RCAST）联合培养下获得博士学位，2020年3月至今在英国萨里大学任访问学者。主要研究方向为钙钛矿太阳电池、二维材料光电探测器等光电材料与器件的研究和开发。先后以第一作者在Solar RRL; Mater. Horiz.和Joule等学术期刊上发表多篇文章。

赖华贵，2017年本科毕业于四川大学，同年保送至本校攻读硕士学位，目前为四川大学材料科学与工程学院硕士三年级研究生。主要研究方向钙钛矿薄膜太阳电池，以第一作者或共同一作在Renew. Energ., Mater. Horiz.和Joule等学术期刊上发表多篇文章。