【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】全鈣鈦礦串聯(lián)太陽能電池(TSCs)由寬帶隙(WBG, 1.7-1.8 eV)的頂部電池與窄帶隙(NBG, 1.2-1.3 eV)的底部電池組成，被認(rèn)為是有望打破單結(jié)鈣鈦礦太陽能電池(PSCs)Shockley-Queisser (SQ)極限的一種方法。隨著亞電池和互連層的快速發(fā)展，TSC的認(rèn)證功率轉(zhuǎn)換效率(PCE)已經(jīng)達(dá)到了30.1%，作為具有成本效益的光伏(PV)技術(shù)顯示出巨大的商業(yè)化潛力。寬帶隙亞電池中NiOx與自組裝單分子層(SAMs)之間的界面接觸限制了TSC的效率和穩(wěn)定性。在普通的強(qiáng)酸性磷酸自組裝單分子層(PA-SAM)中，強(qiáng)酸性磷酸(PA)錨定會(huì)腐蝕活性NiOx，影響器件的穩(wěn)定性。此外，SAM聚集會(huì)導(dǎo)致界面損失和開路電壓(VOC)損失。
為了解決這一問題，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所葛子義研究員和劉暢研究員等人在前期鈣鈦礦太陽能電池研究的基礎(chǔ)上(Joule. 2024, DOI:10.1016/j.joule.2024.01.021; Adv. Mater. 2024, 36, 2309998; Adv. Mater. 2023, 2302752; Angew. Chem.Int. Ed. 2023, 135, e202217526; Energy Environ. Sci. 2022, 15, 3630; Adv. Mater.2024, 36, 2400852)，開發(fā)了一種創(chuàng)新策略，可以減低NiOx活性層被SAM層腐蝕的程度，并提高器件的效率和穩(wěn)定性。
團(tuán)隊(duì)將硼酸(BA)作為一種較溫和的錨定基團(tuán)，通過強(qiáng)–BO2-–Ni配位吸附在NiOx上。苯并噻吩基團(tuán)通過S-Ni軌道相互作用增強(qiáng)界面鍵，產(chǎn)生比PA-SAM更高的結(jié)合能。這種設(shè)計(jì)促進(jìn)了均勻的SAM形成。借助這一策略，該團(tuán)隊(duì)制造的WBG電池，其PCE提高至20.1%。當(dāng)與窄帶隙(NBG)子電池集成時(shí)，雙端TSCs的PCE提升至28.5%，并且在1個(gè)太陽照射下，最大功率點(diǎn)跟蹤500h后保持初始PCE的90%，這一研究將顯著促進(jìn)高性能串聯(lián)太陽能電池的發(fā)展，加速了這種先進(jìn)太陽能電池技術(shù)的商業(yè)化進(jìn)程。
該工作以“Less-acidic boric acid-functionalized self-assembled monolayer for mitigating NiOx corrosion for efficient all-perovskite tandem solar cells”為題發(fā)表在國際期刊Nature Communications(DOI: 10.1038/s41467-025-59515-6)。寧波材料所碩士生王景南、清華大學(xué)博士生焦博新和寧波材料所博士生田睿佳為該論文的共同第一作者，寧波材料所葛子義研究員、劉暢研究員為該論文的通訊作者。
上述工作得到了國家杰出青年科學(xué)基金(21925506)、國家自然科學(xué)基金(2243000169、U21A20331、81903743、22275004、2279151)、浙江省領(lǐng)雁計(jì)劃(2024C0109)等項(xiàng)目資助。
(a)雙端串聯(lián)太陽能電池的器件結(jié)構(gòu); (b)器件的SEM橫截面圖
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