【儀表網 研發快訊】最近，兩端口反式鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池(PVSK/ Si TSCs)取得了顯著進展，經認證的功率轉換效率達到34.6%。然而，通過將已達到的性能與理論極限值44.3%進行比較，可以發現，盡管PVSK/Si TSC的JSC(短路電流密度)/JSQ達到了96%(表明近乎完美的光管理)，但其VOC(開路電壓)×FF(填充因子)只能達到S-Q極限的80%左右或更低，明顯低于鈣鈦礦和硅單結太陽能電池分別達到的87%和85%。這表明PVSK/ Si TSCs在載流子管理方面仍有很大的改進空間。
近期，中國科學院寧波材料技術與工程研究所新能源所硅基太陽能及寬禁帶半導體團隊在葉繼春研究員的帶領下，在前期晶體硅和鈣鈦礦太陽電池研究的基礎上(Nat. Energy, 2023, 8; Joule 2022, 6, 2644; Nat. Commun. 2024, 15, 8453; Nat. Commun. 2023, 14, 2166;Adv. Mater. 2023, 35, e2211962; Adv. Energy Mater. 2024, 2403021; Adv. Funct. Mater. 2024, 34; Sci. Bull. 2024, 69, 1887; ACS Energy Lett. 2024, 9, 4018; Nano Energy 2022, 100, 107529; ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 14, 52223; Adv. Energy Mater. 2023, 13, 2203006; J. Mater. Chem. A, 2023,11, 6556; Adv. Funct. Mater. 2023, 2304708；Adv. Energy Mater. 2023, 13, 2203006)，在高效鈣鈦礦/硅疊層電池領域取得了新的進展。該團隊提出一種自上而下的雙界面載流子管理策略來制備鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池，效率達到31.5%。在該工作中，研究人員合成了一種多功能的氯化哌嗪化合物并用于表面后處理。研究發現，哌嗪氯化物可誘導從頂表面到底表面的不對稱雙向離子分布，大的哌嗪陽離子集中在鈣鈦礦上表面，而小的氯離子則向下遷移，聚集在埋底界面，從而實現有效的雙界面缺陷鈍化和能帶調控。基于此，未封裝的1.68 eV鈣鈦礦單結太陽能電池獲得了22.3%的高效率，同時展現出較高的VOC×FF(達到S-Q極限的84.4%)和更高的穩定性。此外，基于硅異質結底電池的1.04 cm2兩端口PVSK/Si TSCs的效率達到31.5%。這項工作為制造高效、穩定的鈣鈦礦平臺提供了一種便捷的雙界面工程策略。
相關成果以“Top-Down Dual-Interface Carrier Management for Highly Efficient and Stable Perovskite/Silicon Tandem Solar Cells”為題發表于Nano-Micro Letters(DOI: 10.1007/s40820-024-01631-x)上。寧波材料所2020級直博生李鑫為第一作者，應智琴副研究員、楊熹副研究員和葉繼春研究員為共同通訊作者。該研究的合作單位為嘉興阿特斯技術研究院，并得到了國家自然科學基金(62204245, U23A200098)、浙江省自然科學基金白馬湖實驗室聯合基金(LBMHD24E020002)、浙江省重點研發計劃(2022C01215、2024C01092)、中國博士后科學基金(2023M743620、2024T170960)、寧波市重點研發計劃(2023Z151)、浙江省自然科學基金(LY24F040003)和中國國家重點研發計劃(2024YFB3817304)等項目支持。
圖1 基于自上而下雙界面載流子管理策略的鈣鈦礦單結和鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池的J-V曲線。
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