大連化物所劉生忠AEM：效率高達25.9%，可擴展SAM強化錨定獲得高性能鈣鈦礦太陽能組件！

發(fā)表時間：2025-07-23 10:07

標(biāo)圖.png

主要內(nèi)容

在鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）性能提升的前沿探索中，中科院大連化學(xué)物理研究所劉生忠研究員、王開研究員團隊攜手中國核能電力股份有限公司引領(lǐng)的科研力量，開展了一項**開創(chuàng)性的研究——將氧化鎳（NiOx）與自組裝單分子層（SAMs）協(xié)同整合，構(gòu)建新型空穴傳輸層。

01

傳統(tǒng)技術(shù)瓶頸與創(chuàng)新突破策略

在傳統(tǒng)技術(shù)路徑里，向下磷酸錨定（DPA）雖能在一定程度上提升空穴提取效率，但可擴展性差的短板極為突出。更為關(guān)鍵的是，SAMs的構(gòu)型與性能之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)機制尚不清晰，猶如隱藏在迷霧中的謎題，成為制約鈣鈦礦太陽能電池技術(shù)邁向更高臺階的關(guān)鍵瓶頸。

為突破這一困境，研究團隊展現(xiàn)出**的創(chuàng)新智慧。他們采用布朗斯臺德酸（Br?nsted acid）預(yù)處理結(jié)合硝酸根陰離子精準(zhǔn)占據(jù)NiOx表面活性位點的策略。這一精妙設(shè)計如同在復(fù)雜的分子舞臺上巧妙布局，成功抑制了傳統(tǒng)的向下磷酸錨定模式，構(gòu)建出全新的向上磷酸錨定（UPA）構(gòu)型。在這種獨特的構(gòu)型下，SAMs實現(xiàn)了“雙重錨定”的壯舉，既與鈣鈦礦層緊密且穩(wěn)固地結(jié)合，又牢牢附著在NiOx表面，從而在兩者之間搭建起一座高效、穩(wěn)定的空穴傳輸橋梁，極大地優(yōu)化了界面間的電荷傳輸動力學(xué)過程。

02

UPA構(gòu)型優(yōu)勢與電池性能飛躍

該UPA構(gòu)型所帶來的優(yōu)勢是多維度且顯著的。它不僅像強力膠水一樣增強了界面附著力，還如同精準(zhǔn)的調(diào)音師改善了能帶排列，使電荷傳輸更加順暢。同時，表面能的提升如同為鈣鈦礦結(jié)晶過程注入了神奇催化劑，有效促進了鈣鈦礦的均勻結(jié)晶，減少了晶界缺陷，并能夠巧妙地釋放內(nèi)部應(yīng)力，為電池性能的全面提升奠定了堅實基礎(chǔ)。

基于這一創(chuàng)新性的UPA構(gòu)型，經(jīng)過精心優(yōu)化與調(diào)制的鈣鈦礦太陽能電池取得了令人驚嘆的成果。其光電轉(zhuǎn)換效率高達25.9%，這一數(shù)據(jù)在行業(yè)內(nèi)處于領(lǐng)先地位，彰顯了該技術(shù)的巨大潛力。更為難得的是，在長時間的光照、高溫和潮濕等惡劣應(yīng)力條件下，電池依然能夠保持**的穩(wěn)定性，展現(xiàn)出強大的環(huán)境適應(yīng)性和可靠性，為實際應(yīng)用提供了有力保障。

03

構(gòu)型應(yīng)用價值與行業(yè)未來展望

此外，這一構(gòu)型在大面積鈣鈦礦組件制備領(lǐng)域也展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用價值。它顯著提升了SAMs的適用性和兼容性，使得尺寸為156 × 156 mm2的大面積組件能夠達到22.05%的高效率。這一突破為鈣鈦礦太陽能電池的產(chǎn)業(yè)化規(guī)?；a(chǎn)開辟了一條可行且高效的道路，有望推動整個行業(yè)邁向新的發(fā)展階段。

本研究不僅成功推動了SAMs在鈣鈦礦光伏商業(yè)化進程中的廣泛應(yīng)用，更如同一把鑰匙，打開了深入探索SAMs錨定構(gòu)型與界面性能之間復(fù)雜關(guān)系的大門，激發(fā)了科研界在這一領(lǐng)域的深入研究和創(chuàng)新熱情。

總之，本研究以確鑿的實驗結(jié)果充分證明，優(yōu)化自組裝單分子層（SAMs）的錨定構(gòu)型對于解決鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）中NiOx與鈣鈦礦層之間的界面挑戰(zhàn)具有不可替代的關(guān)鍵作用。通過硝酸預(yù)處理將SAMs從向下磷酸錨定（DPA）構(gòu)型巧妙地重新定向為向上磷酸錨定（UPA）構(gòu)型，研究團隊實現(xiàn)了界面結(jié)合力的顯著增強、能級排列的精準(zhǔn)優(yōu)化以及缺陷鈍化效果的全面提升。這一創(chuàng)新策略如同一位技藝高超的工匠，有效抑制了非輻射復(fù)合這一“頑疾”，促進了鈣鈦礦的均勻、高質(zhì)量結(jié)晶，從而使器件效率達到行業(yè)領(lǐng)先水平，并在各種惡劣應(yīng)力條件下展現(xiàn)出**的穩(wěn)定性。尤為值得一提的是，UPA結(jié)構(gòu)的表面能增加，使得高質(zhì)量鈣鈦礦薄膜能夠通過可擴展的狹縫涂布法進行高效、穩(wěn)定制備，進而制造出大面積、高效率的組件。本研究成果無疑凸顯了SAM構(gòu)型工程是實現(xiàn)鈣鈦礦光伏技術(shù)高效率與產(chǎn)業(yè)化規(guī)模化完美融合的變革性途徑，為未來鈣鈦礦太陽能電池的發(fā)展描繪了一幅清晰而宏偉的藍圖。