【儀表網 研發快訊】作為目前光伏行業新興的研究熱點，鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池的光電轉換效率在過去的10年內迅速提升。目前鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池的效率已經達到了34.6%，但與發展較為迅速的p-i-n結構相比，n-i-p結構的鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池發展卻較為緩慢，主要原因在于n-i-p結構鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池缺乏理想的空穴傳輸層，該層需要具備優異的透明度和長期的穩定性，并擁有與傳統高效的spiro-OMeTAD相當的器件性能。
近日，中國科學院寧波材料技術與工程研究所硅基太陽能及寬禁帶半導體科研團隊在葉繼春研究員的帶領下，在前期晶硅、鈣鈦礦及其疊層電池研究的基礎上(Nat. Energy 2023, 8, 1250; Joule 2022, 6, 2644; Nat. Commun. 2023, 14, 2166; Adv. Mater. 2023, e2211962; Adv. Mater. 2023, 2302071; Energy Environ. Sci. 2021, 14, 6406; Sci. bull. 2024, 69, 1887; Adv. Energy Mater. 2024, 15, 2403021; Adv. Energy Mater. 2023, 13, 2203006)，在n-i-p結構鈣鈦礦/硅疊層太陽電池方面取得重要進展。團隊采用一種原位內部封裝策略，將可交聯的p型小分子材料集成到反溶劑中，在無需額外空穴傳輸層制備的情況下，開發了一種高透明的空穴選擇性鈍化接觸。結果顯示該策略可以：保護鈣鈦礦層，減輕外部干擾，包括熱、水、高能轟擊和紫外線照射；抑制鈣鈦礦與對電極界面的質量交換(包括離子遷移、鉛泄漏和界面化學反應)；提高鈣鈦礦結晶度，釋放殘余應變，減輕載流子復合，構建梯度異質結以促進空穴提取。最終，1.65 eV鈣鈦礦太陽能電池實現了19.6%的穩定效率，同時顯著提高熱、紫外和操作穩定性。同時，利用其出色的透明度，雙面鈣鈦礦太陽能電池的雙面率可達101.4%，n-i-p結構的鈣鈦礦/硅疊層器件(1.04 cm2)的驗證效率能夠達到29.2%，這是目前已報道的n-i-p結構鈣鈦礦/硅疊層器件的最高認證效率。本研究為n-i-p結構鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池領域的提供了新的思路和方法，有望推動其進一步研發和應用。
該工作以“Hole-Selective Transparent In Situ Passivation Contacts for Efficient and Stable n–i–p Graded Perovskite/Silicon Tandem Solar Cells”為題發表于Advanced Materials。寧波材料所博士生張美麗為第一作者，寧波材料所應智琴副研究員、楊熹副研究員和葉繼春研究員為本文共同通訊作者。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)、國家重點研發計劃(2024YFB3817304)、浙江省自然科學基金(LY24F040003)、浙江省自然科學基金聯合基金(LBMHD24E020002)、浙江省重點研發項目(2022C01215、2024C01092、2025C01154)、寧波市重點研發項目(2023Z151、2024QL037)項目的支持。
n-i-p結構鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池：a.結構示意圖；b.效率；c. MPP穩定性
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