全钙钛矿串联太阳能电池(TSCs)由宽带隙(WBG, 1.7-1.8 eV)的顶部电池与窄带隙(NBG, 1.2-1.3 eV)的底部电池组成，被认为是有望打破单结钙钛矿太阳能电池(PSCs)Shockley-Queisser(SQ)极限的一种方法。随着亚电池和互连层的快速发展，TSC的认证功率转换效率(PCE)已经达到了30.1%，作为具有成本效益的光伏(PV)技术显示出巨大的商业化潜力。宽带隙亚电池中NiOx与自组装单分子层(SAMs)之间的界面接触限制了TSC的效率和稳定性。在普通的强酸性磷酸自组装单分子层(PA-SAM)中，强酸性磷酸(PA)锚定会腐蚀活性NiOx，影响器件的稳定性。此外，SAM聚集会导致界面损失和开路电压(VOC)损失。
为了解决这一问题，中国科学院宁波材料技术与工程研究所葛子义研究员和刘畅研究员等人在前期钙钛矿太阳能电池研究的基础上，开发了一种创新策略，可以减低NiOx活性层被SAM层腐蚀的程度，并提高器件的效率和稳定性。
前期研究成果
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
团队将硼酸(BA)作为一种较温和的锚定基团，通过强–BO2-–Ni配位吸附在NiOx上。苯并噻吩基团通过S-Ni轨道相互作用增强界面键，产生比PA-SAM更高的结合能。这种设计促进了均匀的SAM形成。借助这一策略，该团队制造的WBG电池，其PCE提高至20.1%。当与窄带隙(NBG)子电池集成时，双端TSCs的PCE提升至28.5%，并且在1个太阳照射下，最大功率点跟踪500h后保持初始PCE的90%，这一研究将显著促进高性能串联太阳能电池的发展，加速了这种先进太阳能电池技术的商业化进程。
图1 (a)双端串联太阳能电池的器件结构; (b)器件的SEM横截面图
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