宁波材料所叶继春JEC新成果：工业级TiOX层助力叠层太阳能电池

主要内容

钙钛矿/硅叠层太阳能电池的光电转换效率（PCE）已攀升至34.6%的高水平，然而，其性能提升仍受限于钙钛矿/C₆₀界面处严重的非辐射复合现象。传统钝化策略，如采用有机路易斯酸/碱和无机碱金属氟化物等，虽在缓解复合方面展现出一定潜力，但往往会以牺牲器件的稳定性和可扩展性为代价，这极大地限制了钙钛矿/硅叠层太阳能电池的进一步发展与应用。

01

研究背景与成果突破

在此关键背景下，中国科学院宁波材料技术与工程研究所叶继春研究员、杨熹研究员和应智琴研究员带领其团队展开了深入研究。团队首次成功制备出基于稳定且可工业规模化应用的TiOX电子选择性钝化接触层的p - i - n型钙钛矿太阳能电池（PSC）。该钝化层采用先进的软斜角蒸发技术进行沉积，作为无机中间层，它具备多重卓越性能。具体而言，它能够有效减少钙钛矿表面的PbI2含量，精准钝化未配位的Pb2+离子，增强n型掺杂效果，并显著减小与C₆₀的导带偏移，从而优化界面处的能级匹配。此外，它还可通过固定电荷提供场效应钝化，增强电子选择性，同时引入介电屏蔽效应，有效抑制界面缺陷处的载流子捕获，减少能量损失。

经过系统的优化与测试，1.68 eV带隙单结PSC取得了21.4%的显著光电转换效率（PCE）。与对照器件相比，其在存储稳定性、热稳定性和工作稳定性方面均实现了大幅提升，展现出更为可靠的性能表现。当该单结PSC与双面隧穿氧化钝化接触硅底电池进行集成时，0.14 cm²的叠层器件展现出31.3%的稳定PCE（1 cm²面积的器件为29.7%），这一成果达到了钙钛矿/硅同质结叠层电池领域所报道的最高PCE水平之一，为该领域的发展树立了新的标杆。

02

微观机制与性能提升

从微观机制深入分析，TiOX无机钝化层通过减少PbI2含量、钝化表面Pb²⁺离子，对钙钛矿/C₆₀界面进行了显著强化。同时，它增强了n型掺杂，优化了与C₆₀的导带能级对齐，兼具场效应钝化与介电屏蔽效应。这些改进相互协同，共同发挥作用，有效降低了载流子捕获概率，提升了电子选择性，进而全面改善了器件的稳定性。

最终，优化后的1.68 eV带隙单结钙钛矿太阳能电池（PSC）实现了21.4%的显著光电转换效率（PCE），且在存储稳定性、热稳定性和工作稳定性方面较对照器件均有显著提升。当与隧穿氧化钝化接触（TOPCon）硅底电池结合时，0.14 cm²叠层器件的稳定PCE达到31.3%（1 cm²面积器件为29.7%），再次创下钙钛矿/硅同质结叠层电池领域的最高纪录之一。

03

研究意义与未来展望

本研究不仅充分强调了TiOX钝化接触层在工业应用中的可行性和巨大潜力，还详细展示了在钙钛矿/硅叠层太阳能电池中针对钙钛矿与C₆₀之间有效的界面钝化策略。这一研究成果凸显了TiOX钝化接触层在实现高效、稳定且具有商业应用前景的钙钛矿/硅叠层太阳能电池中的关键作用，为推动该领域从实验室研究向大规模工业生产迈进提供了重要的理论依据和技术支持。

同时，这些发现也进一步凸显了真空沉积TiOX接触层在推动高效、适合工业生产的叠层太阳能电池发展方面的巨大潜力和广阔前景，有望引领钙钛矿/硅叠层太阳能电池技术迈向新的高度。

文献信息

Industrially feasible TiOX electron-selective passivating contact for efficient and stable p-i-n perovskite/TOPCon tandem solar cells

Yihan Sun, Zhiqin Ying, Haojiang Du, Xin Li, Meili Zhang, Xuchao Guo, Linhui Liu, Jun Wu, Haofan Ma, Yunyun Yu, Ziyu He, Yuheng Zeng , Xi Yang, Jichun Ye

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095495625006047