來源:微算云平臺
成果簡介
在具有紋理的硅襯底上實現高度有序和均勻覆蓋的自組裝單層(SAMs),仍是進一步提高鈣鈦礦/硅串聯太陽能電池(TSCs)效率的關鍵挑戰。基于此,隆基綠能中央研究院何博、何永才、徐希翔博士、李振國、劉江(共同通訊作者)等人報道了一種不對稱的SAM(記為HTL201),其錨定基團和間隔劑位于咔唑核的兩側,作為鈣鈦礦/硅TSCs的孔選擇層(HSL)。
與具有氮鍵膦酸基團的對稱SAMs相比,HTL201分子在透明導電氧化物(TCO)復合層上具有最小的空間位阻和更高的覆蓋率。HTL201與鈣鈦礦膜之間的強配位相互作用有效地減少了埋藏界面處的非輻射復合。
值得注意的是,優化后的鈣鈦礦和HTL201之間的能級排列,伴隨著鈣鈦礦層準費米能級分裂(QFLS)值的增加,使得鈣鈦礦/硅TSCs的電壓接近2 V,基于硅異質結(SHJ)的太陽能電池的認證功率轉換效率(PCE)高達34.58%,面積為1.004 cm2。
相關工作以《Efficient perovskite/silicon tandem with asymmetric self-assembly molecule》為題發表在2025年7月7日的《Nature》上。
圖文解讀
作者采用硅異質結太陽能電池作為底層電池,構建了單片鈣鈦礦/硅串聯太陽能電池。采用IZO/SAM/鈣鈦礦/LiF/二碘化乙二銨(EDAI)/C60/SnO2/IZO/Ag/MgF2復合材料,制備了基于不同SAMs的頂層鈣鈦礦太陽能電池。對于使用HTL201的器件,平均PCE為34.22%。使用HTL201的最佳TSC的效率達到了34.60%,VOC高達2.001 V,JSC為20.64 mA/cm2,FF為83.79%。一個基于HTL201的優化TSC被送到歐洲太陽能測試裝置(ESTI)進行認證,其認證的PCE為34.58%,這是鈣鈦礦/硅TSCs研究中創記錄的效率。
圖1.IZO上不同SAMs的分數覆蓋率以及SAMs與鈣鈦礦的相互作用
圖2.基于不同HSLs的疊層太陽能電池的器件性能
基于HTL201的TSCs在儲存1080小時后保持了大約98.9%的初始效率,而含有MeO-4PACz和Me-4PACz的TSCs分別僅保留了其初始PCEs的94.6%和84.8%。同時,在25 ℃和45 ℃的單太陽連續照明環境下,對基于Me-4PACz、MeO-4PACz和HTL201封裝的TSCs進行了最大功率點(MPP)跟蹤。在工作1020 h后,基于HTL201的器件在25 ℃的受控溫度下保持了初始PCE的~98.0%,在45 ℃的高溫下保持了初始PCE的~91.3%。基于MeO-4PACz的器件在25 ℃和45 ℃下分別保持了89.6%和84.4%的初始PCEs,而基于Me-4PACz的器件在500 h后出現了明顯的下降。
圖3.不同SAMs對電荷載流子動力學的影響
圖4.TSCs的長時間穩定性
文獻信息
Efficient perovskite/silicon tandem with asymmetric self-assembly molecule. Nature,2025, https://doi.org/10.1038/s41586-025-09333-z .
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