寧波材料所葉繼春JEC：適用于高效穩(wěn)定p-i-n鈣鈦礦/TOPCon疊層太陽(yáng)能電池的工業(yè)級(jí)TiOX電子選擇性鈍化接觸層

發(fā)表時(shí)間：2025-07-29 11:02

標(biāo)圖.png

主要內(nèi)容

鈣鈦礦/硅疊層太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）已攀升至34.6%的高水平，然而，其性能提升仍受限于鈣鈦礦/C??界面處嚴(yán)重的非輻射復(fù)合現(xiàn)象。傳統(tǒng)鈍化策略，如采用有機(jī)路易斯酸/堿和無(wú)機(jī)堿金屬氟化物等，雖在緩解復(fù)合方面展現(xiàn)出一定潛力，但往往會(huì)以犧牲器件的穩(wěn)定性和可擴(kuò)展性為代價(jià)，這極大地限制了鈣鈦礦/硅疊層太陽(yáng)能電池的進(jìn)一步發(fā)展與應(yīng)用。

01

研究背景與成果突破

在此關(guān)鍵背景下，中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所葉繼春研究員、楊熹研究員和應(yīng)智琴研究員帶領(lǐng)其團(tuán)隊(duì)展開(kāi)了深入研究。團(tuán)隊(duì)首次成功制備出基于穩(wěn)定且可工業(yè)規(guī)?；瘧?yīng)用的TiOX電子選擇性鈍化接觸層的p - i - n型鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（PSC）。該鈍化層采用**的軟斜角蒸發(fā)技術(shù)進(jìn)行沉積，作為無(wú)機(jī)中間層，它具備多重**性能。具體而言，它能夠有效減少鈣鈦礦表面的PbI2含量，精準(zhǔn)鈍化未配位的Pb2+離子，增強(qiáng)n型摻雜效果，并顯著減小與C??的導(dǎo)帶偏移，從而優(yōu)化界面處的能級(jí)匹配。此外，它還可通過(guò)固定電荷提供場(chǎng)效應(yīng)鈍化，增強(qiáng)電子選擇性，同時(shí)引入介電屏蔽效應(yīng)，有效抑制界面缺陷處的載流子捕獲，減少能量損失。

經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的優(yōu)化與測(cè)試，1.68 eV帶隙單結(jié)PSC取得了21.4%的顯著光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）。與對(duì)照器件相比，其在存儲(chǔ)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和工作穩(wěn)定性方面均實(shí)現(xiàn)了大幅提升，展現(xiàn)出更為可靠的性能表現(xiàn)。當(dāng)該單結(jié)PSC與雙面隧穿氧化鈍化接觸硅底電池進(jìn)行集成時(shí)，0.14 cm2的疊層器件展現(xiàn)出31.3%的穩(wěn)定PCE（1 cm2面積的器件為29.7%），這一成果達(dá)到了鈣鈦礦/硅同質(zhì)結(jié)疊層電池領(lǐng)域所報(bào)道的最高PCE水平之一，為該領(lǐng)域的發(fā)展樹(shù)立了新的標(biāo)桿。

02

微觀機(jī)制與性能提升

從微觀機(jī)制深入分析，TiOX無(wú)機(jī)鈍化層通過(guò)減少PbI2含量、鈍化表面Pb2?離子，對(duì)鈣鈦礦/C??界面進(jìn)行了顯著強(qiáng)化。同時(shí)，它增強(qiáng)了n型摻雜，優(yōu)化了與C??的導(dǎo)帶能級(jí)對(duì)齊，兼具場(chǎng)效應(yīng)鈍化與介電屏蔽效應(yīng)。這些改進(jìn)相互協(xié)同，共同發(fā)揮作用，有效降低了載流子捕獲概率，提升了電子選擇性，進(jìn)而全面改善了器件的穩(wěn)定性。

最終，優(yōu)化后的1.68 eV帶隙單結(jié)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（PSC）實(shí)現(xiàn)了21.4%的顯著光電轉(zhuǎn)換效率（PCE），且在存儲(chǔ)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和工作穩(wěn)定性方面較對(duì)照器件均有顯著提升。當(dāng)與隧穿氧化鈍化接觸（TOPCon）硅底電池結(jié)合時(shí)，0.14 cm2疊層器件的穩(wěn)定PCE達(dá)到31.3%（1 cm2面積器件為29.7%），再次創(chuàng)下鈣鈦礦/硅同質(zhì)結(jié)疊層電池領(lǐng)域的最高紀(jì)錄之一。

03

研究意義與未來(lái)展望

本研究不僅充分強(qiáng)調(diào)了TiOX鈍化接觸層在工業(yè)應(yīng)用中的可行性和巨大潛力，還詳細(xì)展示了在鈣鈦礦/硅疊層太陽(yáng)能電池中針對(duì)鈣鈦礦與C??之間有效的界面鈍化策略。這一研究成果凸顯了TiOX鈍化接觸層在實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定且具有商業(yè)應(yīng)用前景的鈣鈦礦/硅疊層太陽(yáng)能電池中的關(guān)鍵作用，為推動(dòng)該領(lǐng)域從實(shí)驗(yàn)室研究向大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)邁進(jìn)提供了重要的理論依據(jù)和技術(shù)支持。

同時(shí)，這些發(fā)現(xiàn)也進(jìn)一步凸顯了真空沉積TiOX接觸層在推動(dòng)高效、適合工業(yè)生產(chǎn)的疊層太陽(yáng)能電池發(fā)展方面的巨大潛力和廣闊前景，有望引領(lǐng)鈣鈦礦/硅疊層太陽(yáng)能電池技術(shù)邁向新的高度。

文獻(xiàn)信息

Industrially feasible TiOX electron-selective passivating contact for efficient and stable p-i-n perovskite/TOPCon tandem solar cells

Yihan Sun, Zhiqin Ying, Haojiang Du, Xin Li, Meili Zhang, Xuchao Guo, Linhui Liu, Jun Wu, Haofan Ma, Yunyun Yu, Ziyu He, Yuheng Zeng , Xi Yang , Jichun Ye

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095495625006047