Matter | 中國(guó)科學(xué)院寧波材料所在鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池金字塔尖端鈍化方面取得新進(jìn)展
鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池（PSTSCs）因具備突破單結(jié)硅電池理論效率極限的潛力，已成為下一代光伏技術(shù)的重要發(fā)展方向，其全球最高效率已達(dá)到35.0%。然而，在實(shí)際制備過程中，在工業(yè)級(jí)金字塔絨面硅襯底上制備鈣鈦礦層時(shí)，金字塔尖端處的鈣鈦礦薄膜往往過薄甚至出現(xiàn)針孔，導(dǎo)致局部的電學(xué)分流，顯著降低了器件性能和穩(wěn)定性。
針對(duì)上述挑戰(zhàn)，中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所高效太陽能電池與寬禁帶半導(dǎo)體團(tuán)隊(duì)在葉繼春研究員的帶領(lǐng)下，創(chuàng)新性地提出了金字塔尖端選擇性鈍化（Peak-Selective Passivation, PSP）策略。該策略利用聚苯乙烯納米球作為模板，在金字塔絨面硅襯底的尖端區(qū)域精準(zhǔn)沉積氧化鋁絕緣層，有效阻斷了電學(xué)分流路徑。研究發(fā)現(xiàn)，氧化鋁與自組裝單分子層（Me-4PACz）之間存在較弱的相互作用，使得鈣鈦礦能夠直接與峰頂處的氧化鋁接觸，這不僅提供了更多的形核位點(diǎn)，還顯著改善了鈣鈦礦薄膜的覆蓋質(zhì)量。基于該技術(shù)，團(tuán)隊(duì)在約1 cm2的鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池上實(shí)現(xiàn)了33.33%的轉(zhuǎn)換效率，第三方認(rèn)證效率高達(dá)32.89%。同時(shí)，器件表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性，在最大功率點(diǎn)連續(xù)工作1000小時(shí)后仍保持初始效率的90%。
在技術(shù)實(shí)現(xiàn)層面，研究團(tuán)隊(duì)采用直徑100 nm的聚苯乙烯納米球作為模板，通過旋涂使其自組裝分布在金字塔的谷底和斜面區(qū)域，從而暴露峰頂。隨后，利用電子束熱蒸發(fā)技術(shù)沉積30 nm厚的氧化鋁薄膜，再通過lift-off工藝去除聚苯乙烯模板，最終實(shí)現(xiàn)僅在金字塔尖端區(qū)域形成圖案化的氧化鋁鈍化層。該方法工藝簡(jiǎn)單，與現(xiàn)有工業(yè)產(chǎn)線兼容性好，無需改變硅片絨面制備工藝，具有良好的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用前景。
相關(guān)成果以“Selective passivation of pyramid peaks for 32.9%-efficient perovskite/silicon tandem solar cells”為題在線發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《Matter》（DOI: https://doi.org/10.1016/j.matt.2026.102824）
寧波材料所博士后楊偉創(chuàng)、蘇州大學(xué)楊陣海青年特聘教授、臺(tái)州學(xué)院林則東博士以及德國(guó)于利希研究所張永強(qiáng)博士為該論文的共同第一作者；蘇州大學(xué)楊陣海教授、捷佳偉創(chuàng)盛江博士、寧波材料所曾俞衡研究員、楊熹副研究員及葉繼春研究員為共同通訊作者。該研究工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2024YFB3817304）、國(guó)家自然科學(xué)基金（62404228）、浙江省自然科學(xué)基金（LQN25F040009）、寧波市自然科學(xué)基金（2024J226）、中國(guó)博士后科學(xué)基金（GZB20230787、2024M753344）、浙江公益基金白馬湖聯(lián)合基金（LBMHD24E020002）、寧波市重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2023Z151）等項(xiàng)目的支持。
基于金字塔尖端鈍化的鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖和性能表現(xiàn)
（光電信息材料與器件實(shí)驗(yàn)室 楊偉創(chuàng)）