寧波材料所在提高鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池效率方面取得新進(jìn)展?
兩端口鈣鈦礦/硅疊層太陽電池的功率轉(zhuǎn)換效率（PCE）已飆升至35.0%，已突破單結(jié)太陽電池理論極限。盡管如此，相對于其45.1%的理論極限效率，仍有相當(dāng)大的改進(jìn)空間，尤其是在寬帶隙鈣鈦礦頂電池方面。在疊層電池中，寬帶隙鈣鈦礦頂電池的開路電壓和填充因子仍顯著低于窄帶隙鈣鈦礦電池，其根本原因在于鈣鈦礦與載流子傳輸層界面存在嚴(yán)重的載流子復(fù)合及能級失配問題，尤其是在鈣鈦礦/C60界面。
近期，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所光電信息材料與器件實(shí)驗(yàn)室高效太陽能電池及寬禁帶半導(dǎo)體團(tuán)隊(duì)在葉繼春研究員的帶領(lǐng)下，在前期晶體硅和鈣鈦礦太陽電池研究的基礎(chǔ)上（Nat. Energy?2025, 10, 737; Nat.?Energy, 2023, 8; Joule 2022, 6, 2644;?Nat.?Commun.?2024, 15,?8453; Nat. Commun. 2023, 14, 2166; Adv.?Mater.?2023, 35,?e2211962;?Adv.?Energy Mater.?2024,?2403021;?Adv.?Funct.?Mater.?2024, 34; Sci.?Bull.?2024, 69,?1887;?ACS Energy Lett.?2024, 9, 4018; Nano Energy 2022, 100, 107529; ACS Appl. Mater. Interfaces?2022, 14, 52223;?Adv. Energy Mater. 2023, 13, 2203006; J. Mater. Chem. A, 2023,11, 6556; Adv. Funct. Mater. 2023, 2304708; Adv.?Energy Mater.?2023, 13,?2203006.），在高效鈣鈦礦/硅疊層電池領(lǐng)域取得了新的進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)設(shè)計合成了一種兼具路易斯酸堿官能團(tuán)的高極性籠狀二胺氯化物來減少鈣鈦礦薄膜缺陷和調(diào)控界面偶極，從而抑制非輻射復(fù)合和優(yōu)化表面能級排列。同時，這種獨(dú)特的籠狀陽離子能誘導(dǎo)形成具有自發(fā)面內(nèi)取向的純相、準(zhǔn)二維鈣鈦礦，并展現(xiàn)出顯著的鐵電效應(yīng)，可進(jìn)一步降低鈣鈦礦表面功函數(shù)以促進(jìn)載流子分離與提取。基于此，0.1cm2和1.21cm2的1.68eV鈣鈦礦單結(jié)太陽能電池分別獲得了22.6%和21.0%的PCE。此外，基于隧穿氧化物鈍化接觸的1.0cm2兩端口鈣鈦礦/硅疊層太陽電池實(shí)現(xiàn)了31.1%的PCE，并表現(xiàn)出良好的工作穩(wěn)定性（ISOS-L-1，T85>1020h）。鐵電界面物理特性為高效穩(wěn)定的鈣鈦礦基疊層光伏技術(shù)開辟了全新可能性。
相關(guān)成果以“Minimizing interfacial energy losses via multifunctional cage-like diammonium molecules for efficient perovskite/silicon tandem solar cells”為題發(fā)表于Nature Communications(DOI:10.1038/s41467-025-63720-8)上。寧波材料所博士后李鑫為第一作者，應(yīng)智琴副研究員，楊熹副研究員和葉繼春研究員為共同通訊作者。該研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、浙江省自然科學(xué)基金白馬湖實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合基金、浙江省重點(diǎn)研發(fā)計劃、中國博士后科學(xué)基金、寧波市重點(diǎn)研發(fā)計劃、浙江省自然科學(xué)基金等項(xiàng)目支持。
圖1 基于籠狀二胺氯化物界面優(yōu)化的鈣鈦礦/硅疊層太陽電池的J-V曲線
（光電信息材料與器件實(shí)驗(yàn)室）
?