侯毅Science:PCE 31.3%！紋理硅上**鈣鈦礦氣相分配策略獲高穩(wěn)定疊層太陽能電池

發(fā)表時間：2025-12-22 11:30

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主要內(nèi)容

鈣鈦礦 - 硅疊層太陽能電池的實驗室效率已逼近 35%，但其商業(yè)化進程仍受兩大核心難題制約，即工藝兼容性不足與器件穩(wěn)定性欠佳。傳統(tǒng)鈣鈦礦薄膜的溶液法制備工藝，仍局限于定制化的亞微米金字塔織構(gòu)硅基底，這對疊層電池的規(guī)?；?、高通量量產(chǎn)造成極大阻礙；同時，疊層結(jié)構(gòu)中的寬帶隙鈣鈦礦子電池存在加速衰減問題，器件工作壽命鮮有突破 2000 小時。攻克上述技術(shù)瓶頸，是將疊層電池的實驗室超高效率轉(zhuǎn)化為高穩(wěn)定性、可量產(chǎn)技術(shù)的關(guān)鍵所在。事實上，在織構(gòu)化硅基底表面實現(xiàn)平衡的蒸汽分配，正是制備高質(zhì)量鈣鈦礦薄膜、保障器件優(yōu)異性能的核心先決條件。

針對這一核心前提的實現(xiàn)挑戰(zhàn)，新加坡國立大學(xué)侯毅等人的研究發(fā)現(xiàn)，甲脒（FA，含甲脒離子 FA?）等有機組分與基底之間的相互作用較弱，該現(xiàn)象在金字塔織構(gòu)表面表現(xiàn)得尤為明顯，易導(dǎo)致有機組分吸附不足，進而誘發(fā)大量相雜質(zhì)。為解決這一問題，團隊設(shè)計并引入一種雙功能分子 —— 該分子兼具三甲氧基硅烷錨定基團與富電子原子（如氟原子），可顯著增強有機組分與基底間的鍵合作用，進而在共蒸鍍制備過程中實現(xiàn)鈣鈦礦薄膜的組分平衡。

基于該策略制備的疊層電池，不僅光電轉(zhuǎn)換效率突破 31%，器件性能的重復(fù)性也顯著提升；在高溫工作等嚴苛的應(yīng)力測試及老化條件下，均展現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性。這種優(yōu)異性能與穩(wěn)定性的提升，源于兩方面的協(xié)同效應(yīng)：

一是目標(biāo)鈣鈦礦薄膜的結(jié)構(gòu)均勻性提升，顯著降低微觀應(yīng)力，從而抑制器件老化過程中的離子遷移與晶格畸變；

二是掩埋界面處碘化鉛（PbI?）殘留量的減少，有效降低了器件工作過程中的潛在退化位點。

上述協(xié)同作用賦予疊層器件在惡劣工況下長期穩(wěn)定工作的能力。

綜上，本研究通過雙功能分子的精準(zhǔn)設(shè)計，成功解決了織構(gòu)化硅基底表面蒸汽分配失衡的關(guān)鍵問題，同步實現(xiàn)了疊層電池效率、重復(fù)性與穩(wěn)定性的提升，從而為推動鈣鈦礦 - 硅疊層太陽能電池的商業(yè)化進程提供了有效技術(shù)路徑。