王睿：26.2%效率！HSCs均匀化助力厘米级柔性钙钛矿/CIGS叠层电池

主要内容

西湖大学王睿带领其团队开展研究，发现柔性钙钛矿/铜铟镓硒（Cu(In,Ga)Se₂，简称CIGS）叠层电池为实现高效且轻质的光伏器件提供了一条可行路径。然而，同时实现高效率与机械耐久性依旧是一大挑战。其中一个关键影响因素在于，柔性基底上平面咔唑基空穴选择性接触层（hole-selectivecontacts，HSCs）中因分子聚集而引发的界面不均匀性。

针对这一问题，王睿团队提出一种空间位阻策略，将平面咔唑核心结构转变为三维π共轭骨架。这种分子重构有效抑制了分子间的π-π堆积作用，进而形成了均匀的选择性接触层，并制备出高质量的钙钛矿薄膜。

团队将该策略应用于柔性单片式钙钛矿/CIGS叠层器件中，在器件性能提升方面成果斐然。面积为0.091平方厘米的器件实现了26.2%的冠军稳态光电转换效率（PCE）（认证值为25.5%），厘米级器件实现了25.3%的效率（认证值为24.3%），二者均代表了目前柔性两端叠层电池所报道的最高认证效率。同时，这些器件展现出卓越的机械鲁棒性，在半径为10毫米的条件下经历10,000次弯曲循环后，仍能保持初始光电转换效率，凸显了分子级界面工程在打造高效、稳定且可扩展柔性光伏器件上的巨大潜力。

此外，这一分子工程策略在宽带隙钙钛矿太阳能电池和不同尺寸柔性钙钛矿/CIGS叠层太阳能电池上也表现出色。它使宽带隙钙钛矿太阳能电池实现了23.2%的冠军光电转换效率（PCE），且在50℃热应力下连续运行2000小时后，仍能保持初始PCE的95%。当应用于柔性钙钛矿/CIGS叠层太阳能电池时，0.09平方厘米的电池实现了25.5%的认证稳态PCE，1.01平方厘米的电池实现了24.3%的认证稳态PCE，其性能优于所有现有的柔性两端叠层器件，且柔性叠层器件在10毫米弯曲半径下经历10,000次弯曲循环后，仍能保持初始效率。

王睿团队的研究不仅解决了HSCs中长期存在的由π-π堆积引发的分子聚集问题，还为界面工程提出了一种普适性的分子设计原则，有效解决了柔性光伏器件中效率与可扩展性之间的权衡难题。

文献信息

Homogenizing hole-selective contacts for centimeter-square flexible perovskite/Cu(In,Ga)Se2 tandems

Jingjing Zhou, Enbing Bi , Weizhong Tian, Shaochen Zhang, Caner Değer , Ilhan Yavuz , Jiahui Shen , Libing Yao , Xuechun Sun, Jichuang Shen , Ke Zhao , Runda Li, Jiazhe Xu, Qingqing Liu, Xiaonan Wang, Qinggui Li, Yixin Luo, Pengju Shi , Xu Zhang, Yuan Tian, Donger Jin, Lu Jin , Sisi Wang, Jingyi Sun, Chongyan Lian, Tie Guo, Jingjing Xue , and Rui Wang

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adz2781