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華中大陳煒Nat. Commun.：認證29.5%!巰基功能化支架改善鈣鈦礦埋底界面以提升疊層光伏器件性能

發(fā)表時間：2025-05-30 10:29

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主要內(nèi)容

疊層光伏技術(shù)憑借其突破單結(jié)太陽能電池效率極限的巨大潛力，正成為光伏領(lǐng)域的研究熱點與未來發(fā)展方向。然而，子電池埋底界面存在的有害結(jié)構(gòu)缺陷以及化學(xué)反應(yīng)問題，始終是制約集成疊層電池性能提升、阻礙其商業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵難題。

針對這一行業(yè)痛點，華中科技大學(xué)武漢光電國家研究中心的陳煒教授帶領(lǐng)其科研團隊，創(chuàng)新性地將巰基功能化的介孔二氧化硅層引入作為埋底界面的超結(jié)構(gòu)修飾層。

這一創(chuàng)新設(shè)計能夠精準(zhǔn)調(diào)控錫鉛鈣鈦礦薄膜的結(jié)晶生長過程，有效消除納米孔洞，鈍化界面缺陷，并顯著抑制錫（II）的氧化，從而大幅降低電荷載流子在傳輸過程中的損失，顯著提升正本征負（PIN）結(jié)構(gòu)器件在長期運行過程中的穩(wěn)定性。得益于這一突破性的設(shè)計，團隊制備的錫鉛鈣鈦礦單結(jié)電池展現(xiàn)出了**的光電轉(zhuǎn)換性能，效率值高達23.7%，**開路電壓達到0.89伏特（V）。進一步地，利用這些性能顯著提升的子電池，團隊成功構(gòu)建了雙結(jié)疊層電池。該疊層電池在太陽能電池測試標(biāo)準(zhǔn)下效率值達到了29.6%（經(jīng)認證效率為29.5%，穩(wěn)態(tài)效率為28.7%），而在11.3平方厘米（cm2）的微型組件上，效率值也達到了24.7%，充分展示了其在大面積應(yīng)用中的潛力。尤為值得一提的是，封裝后的疊層電池在模擬太陽光照條件下進行**功率點跟蹤測試長達445小時后，仍能保持其初始效率的90%，這一結(jié)果充分彰顯了其出色的長期運行穩(wěn)定性和可靠性。

在熱穩(wěn)定性測試方面，團隊同樣取得了令人矚目的成果?；贛SN-SH（即（3-巰基丙基）三甲氧基硅烷功能化）的器件在85°C高溫老化條件下，經(jīng)過150小時后仍能保持其初始光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）的82%，而對照器件在相同條件下僅能維持其初始PCE的43%。此外，團隊還在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件下對封裝后的疊層電池進行了連續(xù)模擬AM1.5G光照下的**功率點跟蹤（MPPT）測試。結(jié)果顯示，基于MSN-SH的疊層電池在持續(xù)運行超過430小時后，仍能保持其初始效率的90%以上，遠超對照電池在325小時后僅能保持75%的初始效率。封裝后的MSN-SH微型組件在連續(xù)運行超過290小時后，也能保持其初始效率的80%以上，進一步驗證了這一設(shè)計策略在提升器件熱穩(wěn)定性和長期運行可靠性方面的顯著效果。

綜上所述，陳煒教授及其團隊所展示的（3-巰基丙基）三甲氧基硅烷功能化支架，為沉積高質(zhì)量的窄帶隙（NBG）Sn-Pb鈣鈦礦薄膜提供了一種全新的解決方案，并成功實現(xiàn)了埋底界面無納米孔洞的目標(biāo)。所得薄膜不僅顯著減少了結(jié)構(gòu)缺陷，還有效抑制了離子遷移，釋放了晶格應(yīng)變，并*小化了界面復(fù)合現(xiàn)象。通過優(yōu)化埋底界面，團隊所獲得的NBG鈣鈦礦太陽能電池（PSC）開路電壓（Voc）高達0.89 V，PCE達到了23.7%。同時，團隊還證明，這種埋底界面修飾方法對于制備帶隙為1.77電子伏特（eV）的寬帶隙（WBG）PSC同樣具有顯著效果，實現(xiàn)了開路電壓為1.33 V、PCE高達20.6%的優(yōu)異性能。借助這些性能顯著提升的子電池，集成后的全鈣鈦礦疊層電池已展現(xiàn)出認證PCE為29.5%（認證穩(wěn)態(tài)PCE為28.7%）以及顯著增強的穩(wěn)定性。他們堅信，這一創(chuàng)新設(shè)計策略將為開發(fā)能夠**調(diào)控太陽能電池及其他光電設(shè)備埋底界面的功能性超結(jié)構(gòu)提供寶貴的思路和啟示，并有力推動光伏技術(shù)的持續(xù)進步與商業(yè)化應(yīng)用。

文獻信息

Mercapto-functionalized scaffold improves perovskite buried interfaces for tandem photovoltaics

Jianan Wang, Shuaifeng Hu, He Zhu, Sanwan Liu, Zhongyong Zhang, Rui Chen, Junke Wang, Chenyang Shi, Jiaqi Zhang, Wentao Liu, Xia Lei, Bin Liu, Yongyan Pan, Fumeng Ren, Hasan Raza, Qisen Zhou, Sibo Li, Longbin Qiu, Guanhaojie Zheng, Xiaojun Qin, Zhiguo Zhao, Shuang Yang, Neng Li, Jingbai Li, Wei Chen

https://www.nature.com/articles/s41467-025-59891-z