南開張曉丹AFM：PCE 27.92%！增強界面特性以實現(xiàn)高效一體成型無機鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池

發(fā)表時間：2025-10-24 14:18

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主要內(nèi)容

無機鈣鈦礦材料憑借其出色的熱穩(wěn)定性，以及在光照條件下能夠有效抑制相分離的特性，成為硅基疊層太陽能電池（Tandem Solar Cells, TSCs）的理想頂電池候選材料。然而，當(dāng)前技術(shù)中空穴提取效果不理想以及存在非輻射復(fù)合問題，會導(dǎo)致電池出現(xiàn)顯著的電壓和填充因子損失，制約了電池性能的進一步提升。

在此背景下，南開大學(xué)王鵬陽和張曉丹帶領(lǐng)其團隊，針對上述難題展開深入研究，成功開發(fā)出一種由弱p型材料乙二胺四乙酸甲胺（EDTA-N）與氧化鎳（NiOx）復(fù)合構(gòu)成的空穴選擇層。其中，EDTA-N充當(dāng)CsPbI3與NiOx之間的“橋梁”。具體而言，它不僅能有效強化載流子從CsPbI3向NiOx的提取過程，還可促進后續(xù)高質(zhì)量無機鈣鈦礦薄膜的生長。此外，EDTA-N能夠與底界面處未配位的Pb2?發(fā)生配位反應(yīng)，這里的配位反應(yīng)是指EDTA-N中的特定基團與Pb2?通過化學(xué)鍵結(jié)合，形成穩(wěn)定的配合物，從而抑制界面非輻射復(fù)合，減少能量損失。而且，CsPbI3與NiOx之間形成的梯度能級排列，有助于實現(xiàn)更高的開路電壓，為電池性能的提升提供了有力支撐。

最終，該團隊制備的CsPbI3無機鈣鈦礦太陽能電池取得了21.52%的光電轉(zhuǎn)換效率（Power Conversion Efficiency, PCE），這一效率相較于同類研究中的部分成果有了顯著提升。與此同時，其研發(fā)的無機鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池（Inorganic Perovskite/Silicon Tandem Solar Cells, IPTSCs）更是創(chuàng)造了創(chuàng)紀(jì)錄的27.92%（認(rèn)證值為27.18%）的光電轉(zhuǎn)換效率，遠(yuǎn)超目前市場上許多同類產(chǎn)品的效率水平。

在未封裝且處于空氣環(huán)境中的條件下，該IPTSCs展現(xiàn)出**的穩(wěn)定性。在連續(xù)光照500小時后，仍能保持初始效率的96.89%；而在氮氣氣氛中于85℃下加熱1000小時后，仍可維持初始效率的87.48%。相比之下，一些傳統(tǒng)材料或結(jié)構(gòu)在類似條件下的性能衰減更為明顯，這充分體現(xiàn)了該團隊研究成果在穩(wěn)定性和耐久性方面的巨大優(yōu)勢。