宁波材料所在钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池方面取得新进展
- 2023-07-20 15:07:481999
- 来源：宁波材料所 李鑫
【网 研发快讯】自组装单分子层(self-assembled monolayers, sams)材料因其具有低耗、低光学损失和高保型性等特点已被广泛用作空穴选择性接触以实现高效钙钛矿、钙钛矿/硅叠层太阳能电池的制备。然而，由于sams吸附对复杂氧化物表面化学的敏感性，在金属氧化物(例如氧化铟锡, indium tin oxide, ito)表面上实现均匀且无针孔的单分子层的沉积仍然具有挑战性。
近期，中国科学院宁波材料技术与工程研究所硅基太阳能及宽禁带半导体团队在叶继春研究员的带领下，在前期晶体硅和钙钛矿太阳电池研究的基础上(adv. sci. 2021, 8, 2003245; j. mater. chem. a 2021, 9, 12009; energy environ. sci. 2021, 14, 6406; adv. funct. mater. 2021, 32, 2110698; nano energy 2022, 100, 107529; joule 2022, 6, 2644; acs appl. mater. interfaces 2022, 14, 52223; adv. energy mater. 2023, 13, 2203006; j. mater. chem. a, 2023,11, 6556; nat. commun. 2023, 14, 2166; adv. mater. 2023, e2211962; adv. mater. 2023, 2302071)，在钙钛矿/硅叠层电池方向取得了新的进展。该团队提出一种ito表面重构的新方法，实现了效率为28.4%的四端钙钛矿/硅叠层太阳电池的制备。在该工作中，研究人员通过氢氟酸和随后的紫外臭氧处理方法选择性地去除ito表面不需要的末端羟基和水解产物，从而实现ito表面重构。这种方法可以显着增加ito表面活性和面积，从而促进高密度sams的吸附。此外，所得的氟化表面还可以防止ito与钙钛矿活性层的直接接触，并钝化钙钛矿的埋底界面。得益于协同改进的钙钛矿成膜、电荷提取、能级排列和界面化学稳定性，相应的单结钙钛矿太阳电池获得了21.3%的光电转换效率和较好的长期运行稳定性。最后，研究人员将由重构的ito制得的半透明电池和遂穿氧钝化接触(topcon)电池用于四端钙钛矿/硅叠层太阳电池的制备，最终获得了28.4%的效率。
相关成果以“reconstruction of the indium tin oxide surface enhances the adsorption of high-density self-assembled monolayer for perovskite/silicon tandem solar cells”为题发表于advanced functional materials(doi: 10.1002/adfm.202304708)上。2020级硕士生吴铭和博士生李鑫为文章共同第一作者，应智琴博士后、杨熹副研究员和叶继春研究员为共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金(62204245)、浙江省重点项目(2021c04009)和浙江省重点研发计划(2022c01215)等项目的支持。
图1 基于ito表面重构的四端钙钛矿/硅叠层太阳电池的j-v曲线和ito表面重构前后的微观形貌及表面化学变化图