宽带隙（WBG）钙钛矿太阳能电池因其在新一代多结太阳能电池中的潜在应用，受到了广泛关注。与传统的窄带隙钙钛矿材料相比，WBG 钙钛矿材料具有更高的能量转换效率，并且适用于与晶硅结合形成高效叠层电池。然而，该材料仍面临较大的光电压损失、较差的稳定性以及在空气环境中可扩展制备的挑战，这些问题严重制约了其商业化进程。
为了解决这些问题，北卡罗莱纳大学教堂山分校黄劲松教授团队在“Nature Sustainability”期刊上发表了题为“Reductive cation for scalable wide-bandgap perovskite solar cells in ambient air”的最新论文。
该团队在WBG钙钛矿(Cs₀.₂₅FA₀.₇₅Pb(I₀.₈₂Br₀.₁₅Cl₀.₀₃)₃)中引入了还原性甲基肼阳离子（MHy⁺），有效抑制了碘化物氧化，并提高了碘离子的迁移势垒，从而减少了相分离问题，提高了器件的稳定性。此外，MHy⁺中的肼基团可通过Pb–N键提供良好的缺陷钝化作用，使WBG太阳能电池的开路电压损失降低至0.37 V。
在此基础上，该团队成功制备了高效WBG钙钛矿太阳能电池，实现了23.3%的光电转换效率，并获得了1.28 V的开路电压。此外，采用可扩展的刮涂工艺，制备了面积达25 cm²的WBG钙钛矿小型组件，其稳定光电转换效率达19.8%。该组件在55 ± 5 °C、1太阳光照条件下连续工作700小时后仍保持94%的初始效率。这一研究成果为可持续太阳能利用提供了新路径，并为WBG钙钛矿太阳能电池的商业化应用奠定了基础。
（1）实验首次在宽带隙（WBG）钙钛矿中引入还原性甲基肼（MHy⁺）阳离子，成功合成了Cs₀.₂₅FA₀.₇₅Pb(I₀.₈₂Br₀.₁₅Cl₀.₀₃)₃钙钛矿材料，有效抑制了碘化物氧化和卤素相分离，提高了材料的稳定性。
（2）实验通过MHy⁺阳离子的引入，实现了优异的缺陷钝化作用，降低了缺陷密度，提高了载流子寿命，使得宽带隙钙钛矿太阳能电池的开路电压（VOC）达到1.28 V，电压损失降低至0.37 V，刷新了WBG钙钛矿电池的低电压损失纪录。
（3）实验采用可扩展的刮涂（blading）方法，在环境空气条件下成功制备了高质量的WBG钙钛矿薄膜，并构建了小面积电池和小型组件，表明该方法具有商业化应用潜力。
（4）实验制备的WBG钙钛矿太阳能电池获得了23.3%的光电转换效率（PCE），并在25 cm²的小型组件中实现了19.8%的稳定PCE，表现出优异的光电转换性能。
（5）实验测试表明，在1个太阳光强（1-sun）、55 ± 5 °C的持续光照条件下，该小型组件在700小时后仍保持94%的初始PCE，显著提升了WBG钙钛矿太阳能电池的长期运行稳定性。
图1：离子迁移势垒的DFT计算。
图2：抑制相卤化物偏析、离子迁移和抑制卤化物氧化。
图3：WBG钙钛矿薄膜和器件的表征。
图4：小面积WBG PSC的效率和稳定性。
图5：WBG钙钛矿模块的光伏性能和稳定性。
本研究通过引入还原性MHy⁺阳离子，成功解决了宽带隙（WBG）钙钛矿太阳能电池中的关键问题，包括碘化物氧化、卤素相分离以及稳定性受限等挑战。
研究表明，MHy⁺不仅能抑制卤素氧化，提高离子迁移势垒，还能实现均匀的缺陷钝化，从而显著降低开路电压损失，使WBG钙钛矿器件的光电转换效率和稳定性达到新的高度。此外，该方法实现了在环境空气条件下可扩展制造高性能WBG钙钛矿组件，突破了传统钙钛矿太阳能电池依赖手套箱制备的瓶颈，为该技术的产业化提供了重要支撑。
这一研究成果不仅为提高WBG钙钛矿光伏器件的效率和稳定性提供了新的策略，也为可再生能源的发展提供了可靠的技术路径，推动了高效、低成本太阳能电池的商业化应用，有助于全球能源结构的绿色转型和可持续发展。
