应智琴&杨熹&叶继春Nat Commun:多功能笼状双铵分子最小化界面能量损失,实现高效钙钛矿/硅叠层太阳能电池

来源:知光谷发布时间:2025-10-09 14:41:28

宽带隙钙钛矿在实现高效钙钛矿/硅叠层太阳能电池方面潜力巨大,然而钙钛矿/电子选择性接触界面的能量损失仍是限制其效率提升的关键瓶颈。

本文中国科学院宁波材料技术与工程研究所应智琴、杨熹和叶继春等人首次设计了一种多功能笼状双铵氯化物分子,其具备路易斯酸/碱基团和强分子极性,可有效减少薄膜缺陷并调控界面偶极,从而抑制非辐射复合并优化表面能带对齐。更重要的是,该笼状阳离子可诱导形成面内取向的纯相准二维钙钛矿,并表现出显著铁电效应,通过提升表面功函数促进载流子分离与提取。基于此,我们实现了1.68 eV钙钛矿太阳能电池,其光电转换效率分别为22.6%(0.1 cm²)和21.0%(1.21 cm²)。

进一步,基于隧穿氧化物钝化接触的两端单片钙钛矿/硅叠层太阳能电池获得了31.1%(1.0 cm²)的优异效率,并展现出良好的运行稳定性(ISOS-L-1,未封装条件下T₈₅ > 1020小时)。铁电界面物理为高效稳定的钙钛矿基叠层光伏开辟了新路径。

文章亮点:

  1. 首创笼状双铵分子设计:设计合成具有路易斯酸/碱基团与强极性的笼状双铵氯化物(DCl)分子,实现缺陷钝化与界面偶极调控的双重功能,有效抑制非辐射复合并优化能级对齐。
  2. 铁电准二维钙钛矿界面:DCl诱导形成面内取向的纯相准二维钙钛矿,首次在该体系中观察到显著铁电效应,通过极化增强内建电场,促进载流子分离与提取,提升器件性能。
  3. 高效叠层器件与优异稳定性:1.68 eV钙钛矿单结电池效率达22.6%,叠层电池效率突破31.1%,并在未封装条件下实现超过1020小时的稳定运行,展示出强产业化潜力。

Li, X., Ying, Z., Liu, L. et al. Minimizing interfacial energy losses via multifunctional cage-like diammonium molecules for efficient perovskite/silicon tandem solar cells. Nat Commun 16, 8692 (2025).

https://doi.org/10.1038/s41467-025-63720-8

责任编辑:wanqin
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