Angew: 定制化双位点钝化分子降低钙钛矿太阳能电池的界面能损

来源:先进光伏发布时间:2025-08-25 10:07:13

论文概览

对钙钛矿太阳能电池界面的有效优化能降低载流子传输能垒并抑制非辐射复合,进而实现对器件性能表现的显著提升。因此,岭南师范学院李清华团队在Angewandte Chemie刊发题为“Tailoring Dual-Site Defect Passivation Molecules to Minimize Buried Interface Energy Loss for Highly Efficient and Stable Perovskite Solar Cells”的研究成果,通过路易斯酸碱相互作用将两种小的偶极官能化分子锚定在钙钛矿表面上,提升了晶界处性能并减少非辐射复合。此外,双钝化位点偶极官能化分子调节界面并实现能级梯度排列,以促进载流子提取和运输。通过双位点钝化的正置钙钛矿太阳能电池实现了25.85%的光电转换效率,有效面积为1 cm2的大面积器件效率达24.79%。

亮点解析



DFT计算助力双点位钝化分子设计:

Ph-Tz分子中噻唑环上的氮(N)、硫(S)原子形成双位点协同钝化,静电势分布(图1b)显示N原子强负电性能作为路易斯碱钝化钙钛矿表面缺陷。DFT计算证实Ph-Tz相较于Ph-T LUMO能级下移0.37 eV,促进空穴提取。吸附能计算(图2c)显示Ph-Tz与铅空位结合能达-0.93 eV(Ph-T仅-0.49 eV),铅空位形成能从1.99 eV提升至2.54 eV(图2h),显著抑制深能级缺陷。态密度分析(图2i-j)揭示Ph-Tz使Pb-I反位缺陷态密度降低。

薄膜表面微观形貌性能改善与应力释放:

SEM观测到晶粒尺寸显著增加(从0.68 μm分别增至0.94 μm和1.12 μm),粗糙度从33.1 nm降至17.5 nm。XRD谱中钙钛矿(100)晶面强度提升,PbI₂相残留得到有效抑制。深度GIXRD揭示晶格残余应力被释放,归因于双位点配位抑制了晶格畸变。KPFM表面平均接触电势差从-0.115 V降至-0.853 V,意味着功函数的提升。

能带调控与载流子动力学改善:

UPS显示Ph-Tz改性钙钛矿表面与Spiro-OMeTAD的HOMO能级差从0.34 eV缩至0.20 eV(图4c),空穴提取势垒降低41%。SCLC(图4d)陷阱密度降至4.55×10²¹ m⁻³(对照组8.09×1021,Ph-T改性为7.02×1021)。TRPL载流子寿命延长至310.68 ns(对照组68.41 ns,Ph-T改性为118.88 ns),PL强度提升3倍。

器件性能表现:

基于Ph-Tz双点位钝化的钙钛矿电池效率高达25.85%(Voc= 1.178 V,Jsc= 25.51 mA/cm²,FF= 86.01%),1 cm²组件效率24.79%。Mott- Schottky曲线显示内建电势从0.93V增至1.02V。氮气环境1200小时光照后效率保持初始效率的95%,潮湿环境(30-40%相对湿度)1000小时后保持90.7%的原始效率。

结论展望

本研究创新性设计Ph-Tz双位点偶极分子,通过噻唑环N/S原子协同配位,从而实现对钙钛矿表面的缺陷钝化-能带调控的耦合优化效果,显著提升了正置钙钛矿电池器件的效率与稳定性。

原文链接:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ange.202509529

声明:仅用于学术分享,如有侵权,请联系删除。

责任编辑:wanqin
索比光伏网&碳索光伏版权声明:

本站标注来源为“索比光伏网”、“碳索光伏"、"索比咨询”的内容,均属www.solarbe.com合法享有版权或已获授权的内容。未经书面许可,任何单位或个人不得以转载、复制、传播等方式使用。

经授权使用者,请严格在授权范围内使用,并在显著位置标注来源,未经允许不得修改内容。违规者将依据《著作权法》追究法律责任,本站保留进一步追偿权利。谢谢支持与配合!

推荐新闻
大面积钙钛矿太阳能电池光电转换效率创新高来源:科技日报 发布时间:2026-10-10 09:52:29

澳大利亚新南威尔士大学与UtmoLight公司合作,成功研制出面积达676平方厘米(30 cm × 30 cm)的大面积钙钛矿太阳能电池,实现23.5%的光电转换效率,刷新世界纪录。该成果证实钙钛矿技术在放大尺寸后仍能保持高效率,显著提升了其规模化制造与产业化应用前景。研究通过材料创新与工艺优化,取消了易引发不稳定的氧化镍层,简化制程并提升性能。团队下一步将试制2.8平方米的全尺寸商用组件,验证更大面积下的可行性。尽管钙钛矿在成本与光谱利用(如与硅基电池叠层)方面优势突出,但其在湿热环境下的稳定性、大面积均匀性控制及长期可靠性仍是产业化亟待突破的关键挑战。(199字)

从高温高湿到干热沙尘,极电“创势”钙钛矿组件完成“双极境”实证大考来源:极电光能 发布时间:2026-09-21 09:55:43

本文报道了极电光能“创势”钙钛矿光伏组件在CTC国检集团海南(高温高湿、强辐照、高盐雾、多台风)和吐鲁番(干热、强风沙、极端高温达49.23℃)两大国家级户外实证基地完成的“双极境”实证测试结果。实证周期覆盖2025年12月至2026年8月,涵盖冬夏两季及多种复杂气象。数据显示,“创势”组件在两地均保持发电性能稳定,未出现明显衰减,平均系统效率(PR值)超90%;其弱光响应好、温度系数优异、防积灰与防热斑设计有效,展现出突出的湿热稳定性与干热沙尘环境适应性。该实证为钙钛矿光伏技术产业化提供了关键可靠性验证。

包头市:布局钙钛矿、叠层等新一代太阳能电池技术来源:包头市人民政府 发布时间:2026-09-11 08:49:42

包头市于9月8日发布《“十五五”时期推动清洁能源产业高质量发展行动方案》,旨在加快构建清洁低碳、安全高效的新型能源体系,助力老工业基地绿色转型。方案提出到2030年实现新能源并网装机2400万千瓦、储能装机750万千瓦的发展目标,并围绕供给提升、储能扩容、风光制氢、传统能源清洁利用及生物质开发五大方向部署重点任务。在装备升级方面,强调做优晶硅光伏配套(如铝边框、多晶硅芯),同时前瞻性布局钙钛矿、叠层等新一代太阳能电池技术产业,推动技术迭代与本地化配套。此外,方案还系统规划了电网强化、氢能管网、充换电设施、创新平台建设及产业生态优化等支撑举措,突出以新质生产力引领清洁能源全产业链高质量发展。(199字)

西南地区首个工业级钙钛矿/晶硅叠层光伏实证项目落地云南来源:钙钛矿光链 发布时间:2026-09-09 09:24:56

西南地区首个工业级钙钛矿/晶硅叠层光伏实证项目在云南丽江落地,依托云南省重大科技专项“绿氢高效制备关键技术研究及应用”,由昆明理工大学、三峡集团云南公司与仁烁光能联合实施。项目突破两大核心技术瓶颈:一是研发出稳定性显著提升的钙钛矿/硅叠层太阳能电池,光电转化效率达33%,双85老化1100小时后性能保持率超90%;二是开发出高性能钴基非贵金属电解水催化剂,实现大电流下高效稳定制氢。配套建成1000Nm³/h“光伏直连制氢”示范工程,年产绿氢320吨,并投运高原适用的集装箱式氢燃料电池热电联产系统,形成覆盖“发电—制氢—储运—用能”的全链条零碳微循环模式。(199字)

强强联合:集能易供货协鑫光能,为叠层钙钛矿规模化应用筑牢系统根基来源:投稿 发布时间:2026-09-08 16:46:17

本文介绍了江苏集能易新能源与协鑫光电在钙钛矿叠层光伏技术产业化上的关键合作。双方联合推动全球首款专用于4T钙钛矿-晶硅叠层组件的“叠层智控器”完成1MW订单交付,标志着该技术从实验室突破迈向规模化商用的重要一步。文章指出,4T叠层技术虽具高效率、宽光谱吸收等优势,但长期受制于顶底电池电压失配、双回路组网复杂、功率离散、热斑损伤及工况衰减等系统级难题。集能易自主研发的智控器通过独立MPPT调控、精细化电气管理与实时异常防护,有效破解上述瓶颈,实现高效发电与长期稳定运行的统一。此次合作打通了“高效组件+智能控制”全链路,填补了国产电力电子配套空白,为工商业及大型地面电站应用奠定基础,助力我国在全球钙钛矿光伏赛道保持领先。(199字)

重磅签约!协鑫光电&武汉凌云,钙钛矿BIPV商业化再落关键一子来源:钙钛矿产业网 发布时间:2026-08-28 06:38:43

8月25日,协鑫光电与武汉凌云签署战略合作协议,聚焦钙钛矿BIPV幕墙与光伏门窗,共建国内光伏建筑一体化标杆模式。依托协鑫光电“钛光”“钛彩”等系列轻质、透光、可定制组件,及武汉凌云四十余年幕墙全链条工程能力,双方将加速钙钛矿技术在绿色建筑规模化落地。

通威受邀参加首届“钙钛矿+X”叠层光伏产业发展大会,分享规模化制备最新进展来源:通威股份 发布时间:2026-08-27 09:01:37

通威在钙钛矿-晶硅叠层电池领域实现重大突破:首创兼容异质结产线的“气相沉积-溶液两步法”,5MW全自动试验线贯通,商用尺寸电池效率达32.68%,组件功率776W;攻克大面积成膜、UV防护、低应力封装等量产难题,加速迈向商业化应用。

高纪凡主任领衔科研团队,天合光能首次以第一通讯单位登顶《Nature》来源:天合光能 发布时间:2026-08-20 09:48:21

天合光能联合复旦、东南大学在《Nature》发表钙钛矿/钙钛矿/硅三结叠层电池突破性成果,首次以第一通讯单位登顶该刊。团队攻克宽带隙钙钛矿电压损失与光学失配难题,实现32.22%世界最高稳态效率(16 cm²器件达26.97%),为轻质高效空间光伏提供新路径。

10亿美元!钙钛矿企业已签署约2.5GW产品销售意向书!来源:钙钛矿工厂 发布时间:2026-08-19 08:56:33

Tandem PV是一家专注于钙钛矿-硅叠层太阳能技术的企业,近期已实现首块生产级面板下线,并签署约10亿美元(约合2.5GW)的产品销售意向书。公司正推进从实验室向量产的工程放大,目标今年晚些时候启动付费试点部署,以获取户外实证数据并满足融资要求;预计2028年实现吉瓦级量产,组件效率达34%,2030年有望提升至37%。其4端子机械堆叠结构采用双玻封装,提供30年质保、年衰减≤1%,实测一年无显著衰减。产品兼容多种硅电池技术(PERC、TOPCon、HJT等),可适配美国本土供应链并享受多重税收抵免。目前融资约1亿美元,制造布局符合美国国内含量及税收激励政策。

给钙钛矿“抛光上漆” 太阳能电池也可兼得“高效”与“长寿”来源:光明日报 发布时间:2026-08-17 09:38:20

北京大学周欢萍教授团队针对钙钛矿太阳能电池“高效率”与“长寿命”难以兼顾的难题,提出一种基于等离子体的表面工程新策略:先用氩气等离子体物理刻蚀去除缺陷富集的表层(“抛光”),再利用四氟化碳等离子体激活氟物种,原位生成4–7纳米厚、连续致密的氟化铅保护层(“上漆”)。该方法显著降低界面缺陷密度约一个数量级,优化能级排列,提升电荷提取效率。实验表明,小面积电池光电转换效率达27.2%,100 cm²模组认证效率为23.5%;器件在高温、光照、紫外及循环应力下均表现出优异稳定性。该技术为高性能钙钛矿光伏产业化提供了新路径。

云南省钙钛矿太阳能电池技术研发取得新进展来源:云南网 发布时间:2026-08-11 09:15:20

云南省昆明理工恒达科技与昆明理工大学黄惠教授团队在钙钛矿太阳能电池技术研发上取得重要进展。团队实现小面积单结器件认证效率27.16%,并完成有效面积661 cm²组件的小批量工艺验证;已稳定制备30 cm×30 cm组件,转化效率达22%,目标提升至24%以上。针对产业化中面积放大导致的效率衰减与薄膜均匀性等难题,团队构建产学研联合体,推行“基础研发+工程放大”双轨路径:材料层面首创体相与晶界缺陷协同抑制策略,不同带隙器件效率达24.12%–26.84%,1000小时运行后效率保持率94%;界面工程优化埋层并抑制非辐射复合,1200小时保持率96%;电极工艺采用银-铜合金共蒸镀及低温刷涂技术,降低贵金属用量,适配卷对卷量产。(199字)