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Angew. Chem. :双功能分子表面钝化策略增强钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池性能

将钙钛矿与晶硅电池串联提供了一种克服Shockley-Queisser限制的途径。虽然采用具有表面抛光或纳米级绒面的晶硅底电池确保了与溶液法钙钛矿薄膜沉积的兼容性,却导致了额外的制造成本和光学吸收损失。为了兼容晶硅光伏产业中常规的微米级金字塔绒面结构,真空/溶液混合两步沉积法已被开发用于制备保形覆盖的钙钛矿吸收层。


然而,在常规绒面晶硅上制备的钙钛矿薄膜不可避免地产生高缺陷密度,易在表面形成非辐射复合,从而威胁到器件的效率和稳定性。含烷基或芳基卤化物的铵配体现在被广泛用于表面钝化,但伴随的配体插入易诱导相变形成低维钙钛矿,需要对反应进行精细控制。此外,广泛使用的钝化工艺在常规绒面上可控制备保形钝化层存在巨大挑战。


近日,南昌大学的姚凯教授与苏州迈为科技股份有限公司等单位合作,设计了一种通过动态喷涂双功能分子(2-[5-(三氟甲基)噻吩-2-基]乙胺盐)的表面钝化策略,结合了在常规绒面衬底表面上提供保型覆盖和抑制相变的优点。钙钛矿薄膜结构表征结果证实动态喷涂处理可以使引入的2-[5-(三氟甲基)噻吩-2-基]乙胺盐以有机分子本身的形式存在于钙钛矿表面而不发生相变。DFT理论计算结果表明含多氟结构的双功能分子可以形成强相互作用钝化表面缺陷,并通过形成偶极子层来减少界面能量失配。该偶极子层增强了钙钛矿表面的n型特征并引起能带弯曲,有利于钙钛矿顶电池的电子提取。

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最终,该动态喷涂双功能分子表面的表面钝化策略应用于常规绒面的工业级CZ晶硅上制备的钙钛矿薄膜,基于此方案制备的钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池实现了30.95%(认证30.89%)的稳态效率。界面疏水分子的引入使其具有良好的稳定性,封装后的叠层器件在连续工作600小时后仍能保持97%以上的初始性能。

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文信息

Surface Molecular Engineering for Fully Textured Perovskite/Silicon Tandem Solar Cells

Jun Chen, Shaofei Yang, Dr. Long Jiang, Ke Fan, Zhiliang Liu, Wentao Liu, Dr. Wei Li, Prof. Haitao Huang, Prof. Hong Zhang, Prof. Kai Yao


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202407151


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