北京
中国科学院上海微系统与信息技术研究所新能源技术研究中心、集成电路材料全国重点实验室刘文柱、刘正新、张丽平、JunjunLi、FeiWang等人针对高效钙钛矿-硅叠层太阳能电池（TSCs）的制备瓶颈，开展了系统性的界面工程研究。宽禁带（WBG）钙钛矿的结晶质量是决定叠层电池光电性能的核心因素，然而在自组装单分子层（SAMs）基底上制备宽禁带钙钛矿薄膜时，普遍存在溶剂侵蚀基底、分子堆积无序等问题，严重限制了器件的光电转换效率与工作稳定性。针对该技术难题，该团队提出了一种区别于传统SAM修饰的新型界面改性策略，通过在自组装单分子层与钙钛矿光活性层之间预沉积3-噻吩甲胺盐酸盐（3-TMA）分子夹层，实现了界面结构与薄膜结晶行为的协同优化。
3-TMA分子中的芳香噻吩基团可与底层自组装单分子层产生强π-π堆积相互作用，构建起稳定的耐溶剂中间功能层。在钙钛矿溶液旋涂制备过程中，该夹层可有效抵御溶剂冲击，完好保护锚固型SAM的整体结构，解决了传统改性工艺中SAM层破损、界面接触不良的弊端。同时，3-TMA可与钙钛矿前驱体形成氢键相互作用，有效减缓钙钛矿的过快结晶行为，诱导前驱体均匀成核，最终制备出结晶度高、非辐射复合被显著抑制的高质量宽禁带钙钛矿薄膜。
该界面改性策略还能够有效释放器件内部界面应力、优化界面能级匹配结构，显著提升电荷输运能力与界面稳定性。基于该改性方案，研究团队成功制备了不同带隙的单结宽禁带钙钛矿器件，其中带隙为1.67eV和1.84eV的电池最优光电转换效率（PCE）分别可达23.17%和19.61%。将该界面技术应用于单片式钙钛矿-硅叠层电池后，器件性能取得显著突破：刚性叠层电池光电转换效率达33.21%（第三方认证效率32.13%），柔性叠层电池效率达31.03%（第三方认证效率30.34%）。稳定性测试结果显示，封装后的器件在室温、1倍标准太阳光持续光照1000h后，仍可保持初始光电性能的92.3%，展现出优异的长期工作稳定性。
综上，该研究开发的氢键辅助界面设计策略相较于传统SAM改性技术具有显著优势，有效攻克了SAM基底上宽禁带钙钛矿结晶难以调控的核心问题。该工作为构筑高效、高稳定性钙钛矿-硅叠层光伏器件提供了新颖且可靠的技术途径，对推动叠层太阳能电池的性能升级与产业化应用具有重要意义。
文献信息
BeyondSelf-AssembledMolecules:Hydrogen-Bonding-RegulatedCrystallizationofWide-BandgapPerovskiteforHigh-PerformancePerovskite-SiliconTandemPhotovoltaics
FeiWang,TaomiaoWang,YuhuiJi,JunjunLi,JianliangWang,ZhenzhuZhao,PengxuChen,ShuangbiaoXia,YutaoWang,TaoZhang,QiLiu,ShiyingSun,YunrenLuo,QiangShi,NaWang,ChenYang,KexinYao,JianYu,ZijiaLi,FanyingMeng,LipingZhang,JiakaiLiu,HanlinHu,ZhengxinLiu,WenzhuLiu
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ange.1676645
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