福師大肖堯明CEJ：PCE達25.06%！硅氧烷處理自組裝橋接埋底襯底獲高性能PSCs

發(fā)表時間：2025-11-06 10:02

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主要內(nèi)容

由福建師范大學肖堯明教授和王麗丹副教授帶領(lǐng)的團隊研究發(fā)現(xiàn)，通過化學浴沉積法制備的二氧化錫（SnO?）層存在表面缺陷和氧空位，這些缺陷阻礙了鈣鈦礦（PVK）薄膜的理想生長。此外，退火過程所形成的非理想埋底界面，會對界面載流子動力學產(chǎn)生不利影響。為解決上述問題，該團隊采用了硅氧烷處理策略，即讓不同的硅氧烷分子在SnO?表面進行水解和聚合。此方法同時構(gòu)建了一個偶極埋底界面，該界面的偶極特性優(yōu)化了能級排列，而 -SiPO?雙錨定效應則增強了SnO?與PVK層之間的界面接觸。這一方法有效抑制了表面載流子陷阱和漏電流，并使表面電勢均勻化。同時，偶極埋底界面的修飾調(diào)節(jié)了PVK薄膜內(nèi)的殘余應力和離子遷移。因此，鈣鈦礦太陽能電池（PSC）的穩(wěn)定性和光伏性能均得到顯著提升。實驗結(jié)果表明，基于二乙基膦酸乙基三乙氧基硅烷（DPTS）鈍化的PSC，其光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）達到25.06%，并且在2000小時后仍能保持初始效率的近97%。

團隊不僅在實驗層面取得了顯著成果，還從理論層面深入剖析了其背后的機制。團隊通過理論計算表明，硅烷中的Si - O鍵合力極強，能夠奪取SnO?晶體中的羥基，從而形成優(yōu)化的SnO?埋底界面；同時，-SiPO?分子中的P = O鍵與未配位的Pb2?的結(jié)合力強于常用的鹵素官能團，這有助于陷阱鈍化。引入DPTS分子可降低SnO?表面的羥基（-OH）和非晶格氧含量，抑制嵌入界面處的載流子陷阱，并使SnO?層的表面電勢均勻化。同時，功函數(shù)水平降低，內(nèi)建電場幾乎被消除，能級排列更為理想。因此，界面電荷積累顯著減少，電荷傳輸能力得到增強。經(jīng)DPTS處理的埋底PVK界面還表現(xiàn)出更優(yōu)的形貌、更少的表面缺陷以及調(diào)控后的薄膜應變。得益于DPTS在埋底界面處的協(xié)同優(yōu)化作用，經(jīng)DPTS處理的鈣鈦礦太陽能電池（PSC）實現(xiàn)了高達25.06%的顯著PCE，開路電壓（Voc）為1.15 V，短路電流密度（JSC）為25.96 mA/cm2，填充因子（FF）為83.58%。在環(huán)境空氣中儲存2000小時或在**功率點（MPP）跟蹤500小時后，器件均保持了初始效率的97%以上。