寧波材料所葛子義Nat. Commun：2T all-PTSC效率28.5%！低酸性硼酸功能化SAM緩解NiOx腐蝕

主要內(nèi)容：

中科院寧波材料所 葛子義教授、劉暢教授帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開展研究，發(fā)現(xiàn)寬帶隙（WBG）子電池中氧化鎳（NiOx）與自組裝單分子層（SAMs）的界面接觸狀況，對(duì)全鈣鈦礦疊層太陽能電池（TSCs）的效率與穩(wěn)定性起著關(guān)鍵限制作用。具體而言，常見磷酸（PA）自組裝單分子層（PA-SAMs）所含的強(qiáng)酸性磷酸錨定基團(tuán)，會(huì)對(duì)具有反應(yīng)活性的氧化鎳產(chǎn)生腐蝕作用，進(jìn)而損害器件的穩(wěn)定性。此外，SAMs的聚集現(xiàn)象還會(huì)引發(fā)界面損耗，并導(dǎo)致開路電壓（VOC）出現(xiàn)明顯損失。

針對(duì)上述問題，研究團(tuán)隊(duì)引入硼酸（BA）作為更為溫和的錨定基團(tuán)。該基團(tuán)能夠通過強(qiáng)力的–BO??–Ni配位作用，化學(xué)吸附于氧化鎳表面。同時(shí)，一種苯并噻吩融合的頭基借助硫（S）–鎳（Ni）軌道相互作用，增強(qiáng)了界面鍵合強(qiáng)度，其結(jié)合能高于磷酸（PA）自組裝單分子層（PA-SAMs）。這種創(chuàng)新設(shè)計(jì)不僅促進(jìn)了SAMs的均勻形成，有效避免了聚集現(xiàn)象的發(fā)生，還顯著提升了器件性能。*終，寬帶隙電池的光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）成功提升至20.1%。當(dāng)該電池與窄帶隙（NBG）子電池集成后，兩端（2T）疊層太陽能電池的PCE更是達(dá)到了28.5%。并且在1個(gè)太陽光照強(qiáng)度下進(jìn)行**功率點(diǎn)跟蹤（MPP）測(cè)試500小時(shí)后，仍能保持初始PCE的90%，展現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性。

總結(jié)而言，研究團(tuán)隊(duì)通過使用混合自組裝單分子層（S-BA-SAM: Me-4PACz?=?4:1, molar ratio）進(jìn)行埋底界面工程，對(duì)WBG子電池和TSCs的性能產(chǎn)生了顯著影響。團(tuán)隊(duì)深入探究了BA-SAM中硼酸錨定基團(tuán)與NiOx之間的相互作用，以及共軛π核與甲脒陽離子（FA?）之間的相互作用機(jī)制。

基于這些研究，團(tuán)隊(duì)成功改善了空穴傳輸層（HTL）/鈣鈦礦之間的界面接觸狀況，有效抑制了WBG鈣鈦礦薄膜中存在的相分離現(xiàn)象。得益于這些改進(jìn)，開路電壓（VOC）和填充因子（FF）等關(guān)鍵參數(shù)均得到了顯著提升。與對(duì)照器件相比，經(jīng)過修飾的兩種器件在光照和熱穩(wěn)定性方面均表現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)。這一研究成果為鈣鈦礦光伏領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展和優(yōu)化提供了寶貴的見解和思路。

文獻(xiàn)信息：

Less-acidic boric acid-functionalized self-assembled monolayer for mitigating NiOx corrosion for efficient all-perovskite tandem solar cells

Jingnan Wang, Boxin Jiao, Ruijia Tian, Kexuan Sun, Yuanyuan Meng, Yang Bai, Xiaoyi Lu, Bin Han, Ming Yang, Yaohua Wang, Shujing Zhou, Haibin Pan, Zhenhuan Song, Chuanxiao Xiao, Chang Liu & Ziyi Ge

https://www.nature.com/articles/s41467-025-59515-6

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