张晓丹团队AFM新突破PCE 27.92%无机钙钛矿/硅叠层电池高效成型。

主要内容

无机钙钛矿材料凭借其出色的热稳定性，以及在光照条件下能够有效抑制相分离的特性，成为硅基叠层太阳能电池（Tandem Solar Cells, TSCs）的理想顶电池候选材料。然而，当前技术中空穴提取效果不理想以及存在非辐射复合问题，会导致电池出现显著的电压和填充因子损失，制约了电池性能的进一步提升。

在此背景下，南开大学王鹏阳和张晓丹带领其团队，针对上述难题展开深入研究，成功开发出一种由弱p型材料乙二胺四乙酸甲胺（EDTA-N）与氧化镍（NiOx）复合构成的空穴选择层。其中，EDTA-N充当CsPbI3与NiOx之间的“桥梁”。具体而言，它不仅能有效强化载流子从CsPbI3向NiOx的提取过程，还可促进后续高质量无机钙钛矿薄膜的生长。此外，EDTA-N能够与底界面处未配位的Pb²⁺发生配位反应，这里的配位反应是指EDTA-N中的特定基团与Pb²⁺通过化学键结合，形成稳定的配合物，从而抑制界面非辐射复合，减少能量损失。而且，CsPbI3与NiOx之间形成的梯度能级排列，有助于实现更高的开路电压，为电池性能的提升提供了有力支撑。

最终，该团队制备的CsPbI3无机钙钛矿太阳能电池取得了21.52%的光电转换效率（Power Conversion Efficiency, PCE），这一效率相较于同类研究中的部分成果有了显著提升。与此同时，其研发的无机钙钛矿/硅叠层太阳能电池（Inorganic Perovskite/Silicon Tandem Solar Cells, IPTSCs）更是创造了创纪录的27.92%（认证值为27.18%）的光电转换效率，远超目前市场上许多同类产品的效率水平。

在未封装且处于空气环境中的条件下，该IPTSCs展现出卓越的稳定性。在连续光照500小时后，仍能保持初始效率的96.89%；而在氮气气氛中于85℃下加热1000小时后，仍可维持初始效率的87.48%。相比之下，一些传统材料或结构在类似条件下的性能衰减更为明显，这充分体现了该团队研究成果在稳定性和耐久性方面的巨大优势。

文献信息

EnhancedInterfacePropertiesforEfficientMonolithicInorganicPerovskite/SiliconTandemSolarCell

SanlongWang,HongruiSun,PengyangWang,QiaojiaoZou,ShanshanQi,BiaoShi,XiaonaDu,YingZhao,XiaodanZhang

https://doi.org/10.1002/adfm.202420249