卡尔斯鲁厄理工学院 （KIT）、中山大学、剑桥大学、东方理工学院和韩华 Q CELLS GmbH 的研究人员报告了钙钛矿/硅叠层太阳能电池设计的突破，解决了该领域最持久的挑战之一—界面非辐射复合。
（消息来源：Nature Communications）
在钙钛矿/电子传输层界面减少界面非辐射复合仍然是实现高性能和稳定钙钛矿/硅叠层太阳能电池的关键挑战。研究分析了能量损失，并设计了双层钝化以增强叠层太阳能电池的性能和耐久性。实验结果证实，双层钝化策略能够精确调节钙钛矿的能级对齐，降低缺陷密度，并抑制界面非辐射复合。此外，ALD-AlOx在钙钛矿晶粒表面形成均匀薄膜，同时在晶界处形成岛状结构，为后续PDAI2沉积提供纳米尺度的局部接触区域。在作为离子扩散屏障的同时，该结构还促进适度的n型掺杂，并提高电荷提取和传输效率。结合AlOx/PDAI2处理的整体钙钛矿/硅叠层太阳能电池实现了31.6%的光电转换效率（认证值为30.8%），使用的是采用Q CELLS Q.ANTUM技术制造的工业硅底电池。此外，我们的器件在25°C下进行最大功率点跟踪1000小时后仍保持95%的效率。
基于这一研究方法，研究人员提出了一种针对钙钛矿/硅叠层太阳能电池（TSCs）特定挑战的双层钝化策略。该策略采用原子层沉积（ALD）技术沉积的超薄AlOx（约1纳米）层以及位于钙钛矿吸收层与C60之间的丙烷-1,3-二胺碘化物（PDAI2）层。ALD-AlOx层可对表面缺陷进行均匀钝化，并抑制离子迁移，而PDAI2层可增强n型掺杂，提高电荷提取效率并抑制滞后现象。通过利用AlOx和PDAI2的互补优势，双层钝化策略同时解决了能量损失和稳定性的问题，在不影响离子传输动力学的前提下优化了界面特性。为验证该方法的有效性，我们制作了采用所提出双层钝化结构的单片钙钛矿/硅TSC。系统的能量损失分析表明，该策略显著降低了钙钛矿/电子传输层（ETL）界面的非辐射复合，提升了开路电压（Voc）并改善了填充因子（FF）。所得器件实现了31.6%的光电转化效率（具有认证效率30.8%，光活性面积1cm²），是利用工业硅底电池的钙钛矿/硅TSC中报告的最高效率之一，同时具备良好的操作稳定性，在1太阳光照（ISOS-L-1I）条件下最大功率点（MPP）跟踪1000小时后仍保持初始性能的95%。本研究凸显了我们的研究方法在指导高性能、稳定钙钛矿/硅TSCs设计中的潜力，并为解决串联光伏领域的类似挑战提供了框架。
