【儀表網 研發快訊】自組裝單分子層(Self-assembled Monolayers, SAMs)材料因其具有低耗、低光學損失和高保型性等特點已被廣泛用作空穴選擇性接觸以實現高效鈣鈦礦、鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池的制備。然而，由于SAMs吸附對復雜氧化物表面化學的敏感性，在金屬氧化物(例如氧化銦錫, Indium Tin Oxide, ITO)表面上實現均勻且無針孔的單分子層的沉積仍然具有挑戰性。
 

　　近期，中國科學院寧波材料技術與工程研究所硅基太陽能及寬禁帶半導體團隊在葉繼春研究員的帶領下，在前期晶體硅和鈣鈦礦太陽電池研究的基礎上(Adv. Sci. 2021, 8, 2003245; J. Mater. Chem. A 2021, 9, 12009; Energy Environ. Sci. 2021, 14, 6406; Adv. Funct. Mater. 2021, 32, 2110698; Nano Energy 2022, 100, 107529; Joule 2022, 6, 2644; ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 14, 52223; Adv. Energy Mater. 2023, 13, 2203006; J. Mater. Chem. A, 2023,11, 6556; Nat. Commun. 2023, 14, 2166; Adv. Mater. 2023, e2211962; Adv. Mater. 2023, 2302071)，在鈣鈦礦/硅疊層電池方向取得了新的進展。該團隊提出一種ITO表面重構的新方法，實現了效率為28.4%的四端鈣鈦礦/硅疊層太陽電池的制備。在該工作中，研究人員通過氫氟酸和隨后的紫外臭氧處理方法選擇性地去除ITO表面不需要的末端羥基和水解產物，從而實現ITO表面重構。這種方法可以顯著增加ITO表面活性和面積，從而促進高密度SAMs的吸附。此外，所得的氟化表面還可以防止ITO與鈣鈦礦活性層的直接接觸，并鈍化鈣鈦礦的埋底界面。得益于協同改進的鈣鈦礦成膜、電荷提取、能級排列和界面化學穩定性，相應的單結鈣鈦礦太陽電池獲得了21.3%的光電轉換效率和較好的長期運行穩定性。最后，研究人員將由重構的ITO制得的半透明電池和遂穿氧鈍化接觸(TOPCon)電池用于四端鈣鈦礦/硅疊層太陽電池的制備，最終獲得了28.4%的效率。
 

　　相關成果以“Reconstruction of the Indium Tin Oxide Surface Enhances the Adsorption of High-Density Self-Assembled Monolayer for Perovskite/Silicon Tandem Solar Cells”為題發表于Advanced Functional Materials(DOI: 10.1002/adfm.202304708)上。2020級碩士生吳銘和博士生李鑫為文章共同第一作者，應智琴博士后、楊熹副研究員和葉繼春研究員為共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金(62204245)、浙江省重點項目(2021C04009)和浙江省重點研發計劃(2022C01215)等項目的支持。
 

　　圖1 基于ITO表面重構的四端鈣鈦礦/硅疊層太陽電池的J-V曲線和ITO表面重構前后的微觀形貌及表面化學變化圖