【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】自組裝單分子層(Self-assembled Monolayers, SAMs)材料因其具有低耗、低光學(xué)損失和高保型性等特點(diǎn)已被廣泛用作空穴選擇性接觸以實(shí)現(xiàn)高效鈣鈦礦、鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池的制備。然而，由于SAMs吸附對復(fù)雜氧化物表面化學(xué)的敏感性，在金屬氧化物(例如氧化銦錫, Indium Tin Oxide, ITO)表面上實(shí)現(xiàn)均勻且無針孔的單分子層的沉積仍然具有挑戰(zhàn)性。
近期，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所硅基太陽能及寬禁帶半導(dǎo)體團(tuán)隊(duì)在葉繼春研究員的帶領(lǐng)下，在前期晶體硅和鈣鈦礦太陽電池研究的基礎(chǔ)上(Adv. Sci. 2021, 8, 2003245; J. Mater. Chem. A 2021, 9, 12009; Energy Environ. Sci. 2021, 14, 6406; Adv. Funct. Mater. 2021, 32, 2110698; Nano Energy 2022, 100, 107529; Joule 2022, 6, 2644; ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 14, 52223; Adv. Energy Mater. 2023, 13, 2203006; J. Mater. Chem. A, 2023,11, 6556; Nat. Commun. 2023, 14, 2166; Adv. Mater. 2023, e2211962; Adv. Mater. 2023, 2302071)，在鈣鈦礦/硅疊層電池方向取得了新的進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)提出一種ITO表面重構(gòu)的新方法，實(shí)現(xiàn)了效率為28.4%的四端鈣鈦礦/硅疊層太陽電池的制備。在該工作中，研究人員通過氫氟酸和隨后的紫外臭氧處理方法選擇性地去除ITO表面不需要的末端羥基和水解產(chǎn)物，從而實(shí)現(xiàn)ITO表面重構(gòu)。這種方法可以顯著增加ITO表面活性和面積，從而促進(jìn)高密度SAMs的吸附。此外，所得的氟化表面還可以防止ITO與鈣鈦礦活性層的直接接觸，并鈍化鈣鈦礦的埋底界面。得益于協(xié)同改進(jìn)的鈣鈦礦成膜、電荷提取、能級(jí)排列和界面化學(xué)穩(wěn)定性，相應(yīng)的單結(jié)鈣鈦礦太陽電池獲得了21.3%的光電轉(zhuǎn)換效率和較好的長期運(yùn)行穩(wěn)定性。最后，研究人員將由重構(gòu)的ITO制得的半透明電池和遂穿氧鈍化接觸(TOPCon)電池用于四端鈣鈦礦/硅疊層太陽電池的制備，最終獲得了28.4%的效率。
相關(guān)成果以“Reconstruction of the Indium Tin Oxide Surface Enhances the Adsorption of High-Density Self-Assembled Monolayer for Perovskite/Silicon Tandem Solar Cells”為題發(fā)表于Advanced Functional Materials(DOI: 10.1002/adfm.202304708)上。2020級(jí)碩士生吳銘和博士生李鑫為文章共同第一作者，應(yīng)智琴博士后、楊熹副研究員和葉繼春研究員為共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金(62204245)、浙江省重點(diǎn)項(xiàng)目(2021C04009)和浙江省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2022C01215)等項(xiàng)目的支持。
圖1 基于ITO表面重構(gòu)的四端鈣鈦礦/硅疊層太陽電池的J-V曲線和ITO表面重構(gòu)前后的微觀形貌及表面化學(xué)變化圖
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