突破极限！隆基绿能/苏州大学，Nature！

顶刊收割机 · 公众号 · · 2024-09-09 08:30

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研究背景

钙钛矿-硅串联太阳能电池是一种新兴的高效光伏技术，其因能显著提升光电转换效率（PCE）而成为研究热点。传统的晶体硅太阳能电池因其优异的效率和长期稳定性在市场上占据主导地位，但其PCE的提升受到Auger复合和寄生吸收的限制。为了解决这一问题，科学家们提出了将宽带隙钙钛矿层集成至硅异质结（SHJ）底电池的串联配置。这种配置能够有效最小化载流子热化损失，从而提升整体效率。

然而，钙钛矿-硅串联电池在实现高效能量转换的同时，仍面临宽带隙钙钛矿与电子传输层界面处的界面复合问题。这种复合不仅影响了电子的高效提取，还会显著降低电池的开路电压（Voc），从而限制了PCE的进一步提升。

成果简介

为应对这一挑战，隆基绿能科技股份有限公司Jiang Liu、徐希翔、Bo He、李振国、苏州大学张晓宏、香港理工大学殷骏和华能清洁能源研究院Ping Xiao课题组合作在Nature期刊上发表了题为“Perovskite-silicon tandem solar cells with bilayer interface passivation”的最新论文。研究者们提出了一种双层交织钝化策略，包括首先引入超薄LiF层，然后沉积二碘化双铵分子（EDAI）。这一策略结合了高效的电子提取与非辐射复合的抑制，成功解决了界面复合问题。

通过在双面纹理化的区熔（CZ）硅异质结电池上构建钙钛矿-硅串联器件， 研究团队实现了稳定PCE 33.89%的认证效率 ，填充因子（FF）达到83.0%，开路电压（Voc）接近1.97伏。 这项研究不仅突破了单结Shockley-Queisser极限（33.7%） ，也为钙钛矿-硅串联电池的进一步优化提供了重要的技术路径。

研究亮点

1. 实验首次采用了双层交织钝化策略 ，在钙钛矿-硅串联太阳能电池中，分别利用了超薄LiF层和二碘化双铵分子。该策略在不影响电荷传输性能的情况下，有效抑制了宽带隙钙钛矿/电子传输层界面的界面复合问题。

2. 实验通过在双面纹理化的区熔（CZ）硅异质结电池上构建钙钛矿-硅串联器件，前表面为轻微纹理化，后表面为高度纹理化，从而实现了光电流增强和后侧钝化效果的优化。

3. 该钙钛矿-硅串联电池取得了独立认证的稳定光电转换效率（PCE）为33.89% ，填充因子（FF）为83.0%，开路电压（Voc）接近1.97伏。这一成果是首次报告的认证效率超过单结Shockley-Queisser极限（33.7%）的双结串联太阳能电池。

图文导读

图1：光致发光谱及性能损失分析。

图2. 界面相互作用和电子性质。

图3. 密度泛函理论(DFT)计算。

图4. 光伏性能和稳定性。

结论展望

本文通过双端子单片钙钛矿-硅串联太阳能电池的研究，展示了在光电转换效率（PCE）上的显著提升，超过了单结Shockley-Queisser极限（33.7%），为未来光伏器件的发展提供了重要启示。

首先，采用双层交织钝化策略，有效抑制了钙钛矿/电子传输层界面的非辐射复合，同时保持了优异的电子提取性能。这一创新方法展现了通过精细控制界面钝化层的厚度与分布，可以实现更高效的电荷传输与复合抑制。其次，结合双面纹理化的硅异质结电池结构，不仅提高了前表面的光捕获能力，还保持了后表面的钝化效果，进一步优化了器件的整体性能。

突破极限！隆基绿能/苏州大学，Nature！

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