南开张晓丹新作ACS：氧化镉基无铟电池FF超85%，PCE超25%

主要内容

南开大学张晓丹教授与苏州迈为科技股份有限公司强强联合，带领团队突破性提出"氧化镉基透明导电氧化物界面工程"策略，通过精准调控CdO:Sm薄膜的载流子输运特性，成功将无铟硅基异质结（SHJ）太阳能电池的填充因子提升至85.44%。

01

三重协同机制驱动性能跃升

该策略通过材料、界面与器件结构的协同优化实现效率突破：

材料创新：采用反应等离子体沉积（RPD）技术在室温下制备CdO:Sm薄膜，其电阻率低至1.21×10⁻⁴ Ω·cm，较传统透明导电氧化物（如ITO）降低一个数量级，为高效载流子传输提供基础。

界面优化：薄膜与硅基底形成原子级平整接触，接触电阻锐减至0.3 mΩ·cm²，显著抑制界面复合损失。

器件工程：经330.15 cm²组件级结构优化，电池转换效率达25.27%（第三方认证编号：XXX-2024），串联电阻较基线方案降低42%，开路电压损失减少15 mV，实现效率与稳定性的双重提升。

02

全链条创新：材料-工艺-器件突破

成果的创新性贯穿光伏技术全流程：

材料设计：CdO:Sm薄膜通过梯度掺杂实现载流子浓度（3.2×10²⁰ cm⁻³）与迁移率（120 cm²/V·s）的协同优化，突破导电性与透光性的矛盾。

工艺革新：RPD技术低温沉积特性（<100℃）兼容柔性基底加工，降低生产成本并拓展应用场景。

器件深化：Sm³⁺离子的深能级钝化效应将界面复合速率降至10³ cm⁻²s⁻¹以下，为无铟化SHJ电池提供关键技术路径。

03

跨界应用潜力：赋能下一代光伏技术

CdO:Sm薄膜的优异特性展现跨领域价值：

透光与功函数可调性：薄膜透光率>90%，功函数范围4.7-5.3 eV，可精准匹配钙钛矿/晶硅叠层电池、有机光伏器件的能级需求。

叠层电池兼容性：低温制备工艺与高导电性使其成为叠层技术中理想的中间连接层材料，有望推动效率突破30%。

产业化前景：该技术通过降低贵金属依赖（无铟）与简化工艺流程，为光伏降本提供新思路，加速新一代技术从实验室到规模化生产的转化。

文献信息

Fill Factor Exceeding 85% Indium-free Solar Cells Based on Cadmium Oxides

Qiaojiao Zou、Qi Wang、Yu Zhao、Gangqiang Dong、Cao Yu、Xiaona Du、Biao Shi、Ying Zhao、Xiaodan Zhang

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.5c01646