NREL认证效率超34%,开壳层双自由基SAMs (RS-1 和 RS-2)助力钙钛矿/硅叠层电池效率和稳定性实现新突破

来源:钙钛矿-晶硅叠层太阳电池TSCs发布时间:2025-10-29 14:28:42

图片

原文链接:https://www.science.org/doi/10.1126/science.adv4551

一、核心问题

     传统自组装分子层存在导电性不足、稳定性差(尤其在碘离子环境下)、大面积成膜不均匀等问题。

二、开壳层双自由基SAMs的分子设计与验证

     Wu 等人设计了并合成了开壳层的两种双自由基SAMs:RS-1 和 RS-2,其中RS-2额外引入甲氧基增强与钙钛矿的相互作用,RS-1 和 RS-2平面共轭的给体-受体结构,可以促进电子离域与双自由基态形成,通过引入空间位阻基团,提高了分子稳定性和溶液可加工性。

图片

什么是开壳层?

开壳层指的是一个分子中,其最外层的电子轨道没有被电子完全填满,存在未配对的、单独的电子。与之相对的是闭壳层,即所有电子都成对地、稳定地填在轨道里。

开壳层的好处?

1、增强导电性

传统的闭壳层SAMs(如MeO-2PACz),导电通道有限。而开壳层双自由基SAMs(RS-1, RS-2)拥有未配对的电子和离域的电子轨道,这相当于为电荷(空穴)的传输开辟了额外的、更高效的路径。(RS-1, RS-2)其载流子传输速率是传统分子的两倍以上。

2、提高稳定性

单纯的、孤立的自由基通常非常不稳定。本文通过巧妙的给体-受体共轭设计和空间位阻保护,使得未配对电子不是局域在一个点上,而是离域在整个π共轭体系上(形成所谓的“共振结构”)。使整个分子变得非常稳定,能够抵抗碘离子攻击和电化学降解。

通过电子自旋共振(ESR)证实双自由基特性:RS-1和RS-2显示出强烈的ESR信号,表明存在稳定的双自由基态。温度升高时ESR信号增强,说明热激发促进开壳层三重态的形成。MeO-2PACz(闭壳层)的ESR信号极弱,几乎无自由基特性。

图片

三、电化学性能精准评估

    使用扫描电化学池显微镜-薄层循环伏安法(SECCM-TLCV),精准评估SAMs在ITO上的真实性能。在连续CV扫描中,RS-1和RS-2的活性位点保留率分别为67%和71%,远高于MeO-2PACz的21%。加入PbI₂模拟工作条件后,RS系列SAMs仍保持60%以上的活性位点,MeO-2PACz降至4%,说明其易受碘离子亲核攻击。

图片

     且RS-1和RS-2的载流子传输速率是MeO-2PACz的两倍以上。组装密度和均匀性显著提升,有利于大面积制备。

图片

四、SAMs与钙钛矿的界面相互作用

     RS-1和RS-2的二聚化能更高,抑制分子堆叠,提升溶液可加工性。荧光与瞬态荧光光谱显示,沉积在RS-2上的钙钛矿薄膜PL强度更高,PLQY达10.1%,表明非辐射复合减少。TRPL显示RS-2的空穴提取更快,缺陷复合更少。UPS显示RS-2具有更深的价带能级和更大的表面功函数,有利于空穴提取。

图片

五、光伏性能与稳定性

     RS-2在1 cm²宽带隙器件中PCE > 21.4%。在钙钛矿-硅叠层器件(1 cm²)获得NREL认证效率34.2%,为目前报道中最高之一。器件在45°C下MPPT运行2000小时后,RS-2器件仍保持97%初始效率。UV照射1000小时几乎无衰减。

图片

六、实验细节

     开壳层双自由基SAMs (RS-1 和 RS-2)的实验浓度为1 mg/mL,成膜工艺为乙酸乙酯反溶剂冲洗,EDAI(0.3 mg/mL)钝化。

图片

图片

七、总结

    文章首次实现了稳定、均匀、具有双自由基特性的SAMs,解决了传统SAMs在导电性、稳定性和大面积加工中的矛盾。在单结、模组、叠层器件中均展现出卓越性能,推动钙钛矿光伏向产业化迈进。

责任编辑:周末
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
2026年可靠的工商业储能产品有哪些?从安全认证与系统效率看为恒智能来源:为恒智能 发布时间:2026-11-03 15:58:13

本文围绕工商业储能产品的可靠性评估展开,指出判断其长期可用性不能依赖外观或报价,而应聚焦五大可验证维度:系统级安全认证(如UL9540A、IEC 62933)、电芯与变流器的实证运行表现、真实场景下的系统效率与循环寿命、自主可控的交付与运维能力,以及支撑收益落地的智能软件调度系统。文章以“为恒智能”为例,详述其多款一体机搭载宁德时代电芯、自研高效率PCS(最高99%)、通过多项国际系统级认证,并依托超1000个交付项目及数百天无故障运行数据,验证了产品在安全、效率、寿命与服务上的综合可靠性。最后结合不同厂区需求,给出选型建议,强调全生命周期收益才是衡量可靠性的核心标尺。(198字)

南邮新成果实现溶液法制备铜铟镓硒薄膜太阳能电池最高转换效率来源:科学网 发布时间:2026-11-02 09:22:49

南京邮电大学辛颢团队在《自然·能源》发表突破性成果,提出一种基于溶液化学调控的新型策略,通过在前驱体溶液中构建铜、铟、镓多元金属互联分子网络,精准控制热分解与相变过程,有效抑制杂质生成和元素偏析。该方法采用乙酸铜等原料,利用乙酸根的双重键合能力实现组分预锚定,显著提升薄膜均匀性与相纯度。由此制备的铜铟镓硒(CIGS)太阳能电池经认证达17.53%转换效率,创溶液法世界纪录;铜铟硒(CIS)器件达15.30%。值得注意的是,该成果未引入梯度带隙、碱金属掺杂等常规优化手段,仅靠前驱体分子结构创新即实现性能跃升。研究不仅推动轻质、柔性、低成本CIGS电池产业化,其溶液化学设计理念还可拓展至其他多元无机光电器件,为薄膜光伏技术降本增效提供新路径。(199字)

INA Solar携手Caelux,在印度开发3GW TOPCon-钙钛矿叠层组件来源:TaiyangNews 发布时间:2026-10-30 09:49:08

印度光伏企业INA Solar与美国Caelux公司达成战略合作,计划五年内(至2028年)在印度建成3GW商业化TOPCon-钙钛矿叠层光伏组件产能,目标组件转换效率达29%。合作聚焦技术整合:INA Solar提供自产TOPCon电池,Caelux则供应其专有的钙钛矿“发电玻璃”层,二者叠加形成高效混合组件,旨在提升发电量、能量密度并降低平准化度电成本(LCOE)。项目涵盖技术验证、制造筹备及满足印度ALMM等监管审批要求。作为一体化制造布局的一部分,INA Solar正同步建设4.5GW TOPCon电池厂和1.8万吨铝边框厂,后者可支撑4.5–5.0GW组件自用需求。目前Caelux已与多家全球厂商签约,累计叠层项目协议超25GW。

通威受邀出席2026钙钛矿与太空光伏技术、设备和材料论坛,分享全尺寸钙钛矿-晶硅叠层电池规模化制备与产业化进展来源:通威股份 发布时间:2026-10-30 09:18:45

通威张一峰博士在常州钙钛矿论坛披露叠层电池产业化突破:210半片电池效率达33.09%,组件功率807.9W;5MW全自动试验线贯通,材料成本降60%;独创气相+溶液两步法实现膜厚不均匀性<1%;2027年将建AI高通量实验平台,加速千兆瓦级量产落地。

天合光能荣获2026年度中国可再生能源学会科学技术奖一等奖来源:天合光能 发布时间:2026-10-28 09:20:54

天合光能凭TOPCon钙钛矿/晶硅叠层技术获2026年中国可再生能源科技一等奖;其3.1m²组件以907W功率、29.2%效率刷新世界纪录,实现全球首单高端户用出海;专利达758项,加速推进光储氢及AIDC智慧能源战略升级。

上智大学等开发出无铅钙钛矿太阳能电池新技术,同时提高耐久性与转换效率来源:日本经济新闻 发布时间:2026-10-27 10:52:11

上智大学等研究团队开发出一种新型无铅钙钛矿太阳能电池技术,以锡替代有毒的铅作为核心元素,旨在兼顾环境安全性与器件性能。针对锡易氧化导致结构退化、进而影响效率与稳定性的关键难题,团队设计了 Ruddlesden–Popper 型层状结构:由锡-碘无机导电层与有机分子层交替堆叠构成,并引入2-氨基苯并噻唑作为分子钝化添加剂。该结构既通过有机层阻隔水氧提升耐久性,又借助添加剂抑制锡氧化、降低界面电阻,使电池在100天后仍保持约85%的初始效率。尽管当前转换效率尚低于含铅同类器件,但该成果为安全、稳定、可实用化的钙钛矿光伏技术提供了新路径,后续工作将聚焦于效率提升与大面积制备。(199字)

晋能控股光伏制造有限公司与纤纳光电开展钙钛矿-晶硅叠层技术交流来源:晋能清洁能源科技股份公司 发布时间:2026-10-22 09:16:36

晋能控股光伏制造与纤纳光电就钙钛矿-晶硅叠层电池技术深度交流,聚焦大面积、高稳定关键技术攻关及研发线建设。双方将共建“研发-实证-转化”创新联合体,加速产业化落地,助力山西能源转型与光伏新质生产力发展。

站起来的“钙钛矿”!极电光能以硬核实证探索光伏价值新空间来源:极电光能 发布时间:2026-10-16 09:30:36

本文介绍了极电光能在国内首个钙钛矿双面发电组件垂直安装实证项目——位于河北张家口国家风光储输示范基地的运行成果。项目于2023年8月启动,对南北、东西向垂直安装的钙钛矿组件开展近一个半月的并网实测。数据显示:组件双面率达79%,系统效率(PR值)平均接近100%;在早晚低辐照时段形成双发电高峰,精准匹配电网负荷与分时电价高峰;阴雨天(日辐照<2kWh/㎡)下PR值仍达106.5%–129.3%,凸显优异弱光响应与温度稳定性。文章进一步指出,垂直安装模式突破传统地面平铺局限,适配光电建筑、高速声屏障、农光互补等多元场景,标志着钙钛矿光伏正从技术验证迈向高价值商业化应用新阶段。(199字)

“蓝片”不列入本土制造!印度发布新版ALMM电池命名标准草案来源:TaiyangNews 发布时间:2026-10-13 09:00:16

印度新能源与可再生能源部(MNRE)发布ALMM List-II光伏电池命名标准修订草案,拟推行统一的14位字母数字编码体系。该编码涵盖原产地(前4位,“D”表本土、“F”表进口)、电池技术(如MP、TC、HJ等,第5–6位)、硅片尺寸(如MA、GA等,第7–8位)及转换效率(第9–11位,省略小数点),末3位预留。草案明确:使用已扩散镀膜的“蓝片”生产的电池不视为印度本土制造,不得用于DCR项目。新规适用于备忘录发布后的新申请,存量型号须在2个月内完成更名。同时,组件BIS注册需新增4位MMCC国家代码,区分组件与电池制造国。意见反馈截止2026年10月12日。(199字)

正泰新能两项钙钛矿叠层光伏技术入选2026年第一批科技计划项目拟立项(备案)公示来源:钙钛矿光链 发布时间:2026-10-12 06:16:00

海宁市科技局于2026年9月30日至10月13日公示2026年第一批科技计划项目拟立项名单,其中正泰新能科技股份有限公司牵头申报的两项钙钛矿叠层光伏技术项目入选。一项为产学研合作项目,聚焦高效稳定的钙钛矿/TOPCon叠层太阳电池研发,由何晨旭负责;另一项为科技型企业备案制项目,致力于钙钛矿/晶硅四端叠层技术开发,由李晓伟负责。两个项目均执行期为2026年7月1日至2029年6月30日,实施地位于海宁市黄湾镇。此次立项反映了海宁市对下一代高转换效率光伏技术的重点支持,也凸显正泰新能在钙钛矿叠层电池前沿方向的技术布局与研发实力。(198字)

新区种子独角兽!用钙钛矿打开光伏新赛道来源:凤凰网 发布时间:2026-10-10 14:26:24

长春日耀光电科技有限公司是依托中国科学院长春应用化学研究所科研力量,于2023年9月在长春新区成立的东北首家专注钙钛矿太阳能电池研发与产业化的企业。公司以新型SAM分子材料、薄膜在线检测装备及钙钛矿电池组件为主营方向,已实现多项国际首创技术突破,包括无NiOx大面积制备工艺和SAM原位表征一体化装备,显著降低产线与制造成本。其钙钛矿/晶硅叠层电池效率达34.2%(NREL认证,全球前三),半透明电池效率率先突破12%。目前SAM材料市场渗透率超40%,大尺寸电池完成打样,省内首例钙钛矿自供能系统及100kW光储充电站即将落地。企业已签约多方战略伙伴,正加速建设中试线与电池产线,目标2030年建成投产,年产值不低于10亿元。