【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】最近，兩端口反式鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池(PVSK/ Si TSCs)取得了顯著進展，經(jīng)認證的功率轉(zhuǎn)換效率達到34.6%。然而，通過將已達到的性能與理論極限值44.3%進行比較，可以發(fā)現(xiàn)，盡管PVSK/Si TSC的JSC(短路電流密度)/JSQ達到了96%(表明近乎完美的光管理)，但其VOC(開路電壓)×FF(填充因子)只能達到S-Q極限的80%左右或更低，明顯低于鈣鈦礦和硅單結(jié)太陽能電池分別達到的87%和85%。這表明PVSK/ Si TSCs在載流子管理方面仍有很大的改進空間。
 

　　近期，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所新能源所硅基太陽能及寬禁帶半導(dǎo)體團隊在葉繼春研究員的帶領(lǐng)下，在前期晶體硅和鈣鈦礦太陽電池研究的基礎(chǔ)上(Nat. Energy, 2023, 8; Joule 2022, 6, 2644; Nat. Commun. 2024, 15, 8453; Nat. Commun. 2023, 14, 2166;Adv. Mater. 2023, 35, e2211962; Adv. Energy Mater. 2024, 2403021; Adv. Funct. Mater. 2024, 34; Sci. Bull. 2024, 69, 1887; ACS Energy Lett. 2024, 9, 4018; Nano Energy 2022, 100, 107529; ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 14, 52223; Adv. Energy Mater. 2023, 13, 2203006; J. Mater. Chem. A, 2023,11, 6556; Adv. Funct. Mater. 2023, 2304708；Adv. Energy Mater. 2023, 13, 2203006)，在高效鈣鈦礦/硅疊層電池領(lǐng)域取得了新的進展。該團隊提出一種自上而下的雙界面載流子管理策略來制備鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池，效率達到31.5%。在該工作中，研究人員合成了一種多功能的氯化哌嗪化合物并用于表面后處理。研究發(fā)現(xiàn)，哌嗪氯化物可誘導(dǎo)從頂表面到底表面的不對稱雙向離子分布，大的哌嗪陽離子集中在鈣鈦礦上表面，而小的氯離子則向下遷移，聚集在埋底界面，從而實現(xiàn)有效的雙界面缺陷鈍化和能帶調(diào)控。基于此，未封裝的1.68 eV鈣鈦礦單結(jié)太陽能電池獲得了22.3%的高效率，同時展現(xiàn)出較高的VOC×FF(達到S-Q極限的84.4%)和更高的穩(wěn)定性。此外，基于硅異質(zhì)結(jié)底電池的1.04 cm2兩端口PVSK/Si TSCs的效率達到31.5%。這項工作為制造高效、穩(wěn)定的鈣鈦礦平臺提供了一種便捷的雙界面工程策略。
 

　　相關(guān)成果以“Top-Down Dual-Interface Carrier Management for Highly Efficient and Stable Perovskite/Silicon Tandem Solar Cells”為題發(fā)表于Nano-Micro Letters(DOI: 10.1007/s40820-024-01631-x)上。寧波材料所2020級直博生李鑫為第一作者，應(yīng)智琴副研究員、楊熹副研究員和葉繼春研究員為共同通訊作者。該研究的合作單位為嘉興阿特斯技術(shù)研究院，并得到了國家自然科學(xué)基金(62204245, U23A200098)、浙江省自然科學(xué)基金白馬湖實驗室聯(lián)合基金(LBMHD24E020002)、浙江省重點研發(fā)計劃(2022C01215、2024C01092)、中國博士后科學(xué)基金(2023M743620、2024T170960)、寧波市重點研發(fā)計劃(2023Z151)、浙江省自然科學(xué)基金(LY24F040003)和中國國家重點研發(fā)計劃(2024YFB3817304)等項目支持。
 

　　圖1 基于自上而下雙界面載流子管理策略的鈣鈦礦單結(jié)和鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池的J-V曲線。