Nature Communications|寧波材料所在全鈣鈦礦太陽(yáng)能電池領(lǐng)域的研究取得新進(jìn)展
全鈣鈦礦串聯(lián)太陽(yáng)能電池(TSCs)由寬帶隙(WBG, 1.7-1.8 eV)的頂部電池與窄帶隙(NBG, 1.2-1.3 eV)的底部電池組成,被認(rèn)為是有望打破單結(jié)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池(PSCs)Shockley-Queisser (SQ)極限的一種方法。隨著亞電池和互連層的快速發(fā)展,TSC的認(rèn)證功率轉(zhuǎn)換效率(PCE)已經(jīng)達(dá)到了30.1%,作為具有成本效益的光伏(PV)技術(shù)顯示出巨大的商業(yè)化潛力。寬帶隙亞電池中NiOx與自組裝單分子層(SAMs)之間的界面接觸限制了TSC的效率和穩(wěn)定性。在普通的強(qiáng)酸性磷酸自組裝單分子層(PA-SAM)中,強(qiáng)酸性磷酸(PA)錨定會(huì)腐蝕活性NiOx,影響器件的穩(wěn)定性。此外,SAM聚集會(huì)導(dǎo)致界面損失和開(kāi)路電壓(VOC)損失。
為了解決這一問(wèn)題,中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所葛子義研究員和劉暢研究員等人在前期鈣鈦礦太陽(yáng)能電池研究的基礎(chǔ)上(Joule. 2024, DOI:10.1016/j.joule.2024.01.021; Adv. Mater. 2024, 36, 2309998; Adv. Mater. 2023, 2302752; Angew. Chem.Int. Ed. 2023, 135, e202217526; Energy Environ. Sci. 2022, 15, 3630; Adv. Mater.2024, 36, 2400852),開(kāi)發(fā)了一種創(chuàng)新策略,可以減低NiOx活性層被SAM層腐蝕的程度,并提高器件的效率和穩(wěn)定性。
團(tuán)隊(duì)將硼酸(BA)作為一種較溫和的錨定基團(tuán),通過(guò)強(qiáng)–BO2-–Ni配位吸附在NiOx上。苯并噻吩基團(tuán)通過(guò)S-Ni軌道相互作用增強(qiáng)界面鍵,產(chǎn)生比PA-SAM更高的結(jié)合能。這種設(shè)計(jì)促進(jìn)了均勻的SAM形成。借助這一策略,該團(tuán)隊(duì)制造的WBG電池,其PCE提高至20.1%。當(dāng)與窄帶隙(NBG)子電池集成時(shí),雙端TSCs的PCE提升至28.5%,并且在1個(gè)太陽(yáng)照射下,最大功率點(diǎn)跟蹤500h后保持初始PCE的90%,這一研究將顯著促進(jìn)高性能串聯(lián)太陽(yáng)能電池的發(fā)展,加速了這種先進(jìn)太陽(yáng)能電池技術(shù)的商業(yè)化進(jìn)程。
該工作以“Less-acidic boric acid-functionalized self-assembled monolayer for mitigating NiOx corrosion for efficient all-perovskite tandem solar cells”為題發(fā)表在國(guó)際期刊Nature Communications(DOI: 10.1038/s41467-025-59515-6)。寧波材料所碩士生王景南、清華大學(xué)博士生焦博新和寧波材料所博士生田睿佳為該論文的共同第一作者,寧波材料所葛子義研究員、劉暢研究員為該論文的通訊作者。
上述工作得到了國(guó)家杰出青年科學(xué)基金(21925506)、國(guó)家自然科學(xué)基金(2243000169、U21A20331、81903743、22275004、2279151)、浙江省領(lǐng)雁計(jì)劃(2024C0109)等項(xiàng)目資助。

(a)雙端串聯(lián)太陽(yáng)能電池的器件結(jié)構(gòu); (b)器件的SEM橫截面圖
(光電信息材料與器件實(shí)驗(yàn)室? 王景南)