张丽萍&余桢华&柯维俊&方国家EES:31.37%!高效稳定的铅卤钙钛矿/硅叠层太阳能电池的底部定向沉积钙钛矿异质结

来源:知光谷发布时间:2025-08-18 09:00:32


钙钛矿/硅(PSC/Si)叠层太阳能电池是实现高效光伏技术的重要方向,但宽禁带(WBG)钙钛矿仍面临电荷传输性能差、相分离及在纹理化硅表面覆盖性差等挑战。

本研究中国科学院张丽萍,武汉大学余桢华、柯维俊和方国家等人通过在WBG钙钛矿前驱体中引入3,3-二氟吡咯烷盐酸盐(DFPHCl)和硫氰酸胍(GASCN),设计了一种底部定向沉积的一维钙钛矿组装体,构建了异质结结构。DFPHCl凭借与氧化铟锡(ITO)的强结合力,将过量碘化铅(PbI₂)转化为定向沉积的一维钙钛矿(DFP)₂PbIₓCl₄₋ₓ,从而优化了能带对齐并提升了运行稳定性。同时,GASCN作为结晶促进剂,进一步调控了(100)晶向的生长。

最终,1.67 eV的钙钛矿太阳能电池实现了1.284 V的开路电压(VOC)和23.29%的功率转换效率(PCE),在持续光照983小时后仍保持初始性能的90%。优化后的叠层器件VOC达到1.913 V,稳态PCE为31.37%,为高效稳定的叠层光伏技术提供了新路径。

文章亮点:

  1. 定向沉积一维钙钛矿异质结:通过DFPHCl与ITO的强结合力,在钙钛矿底部界面定向沉积一维(DFP)₂PbIₓCl₄₋ₓ,有效消除有害的PbI₂残留,同时提升电荷传输和稳定性。
  2. 双添加剂协同优化:GASCN作为结晶促进剂,显著提升钙钛矿晶体的(100)取向生长和晶粒尺寸,而Cl⁻抑制卤化物相分离,实现高质量薄膜制备。
  3. 高效稳定叠层器件:单结电池效率达23.29%,叠层器件效率突破31.37%,并在长时间光照下保持优异稳定性,为商业化应用奠定基础。

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责任编辑:周末
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