提升钙钛矿太阳能电池稳定性:超薄等离子体聚合物钝化层的双重保护

来源:钙钛矿材料和器件发布时间:2025-11-03 14:11:06

金属卤化物钙钛矿太阳能电池(MHPSCs)因其高效率和低制造成本而备受关注,但其在环境条件下的长期稳定性仍然是主要挑战。然而,其在环境应力下的长期操作稳定性仍然是商业化的关键限制。在此研究中,科学家探索了一种使用超薄金刚烷基等离子体聚合物(ADA)薄膜的双重钝化策略,通过遥控等离子体辅助真空沉积(RPAVD)沉积,以增强MHPSCs的环境稳定性。ADA层同时引入于电子传输层(ETL)/钙钛矿层和钙钛矿层/空穴传输层(HTL)界面,提供与精细钙钛矿薄膜兼容的均匀、透明且热稳定的涂层。这种方法不仅能够钝化界面缺陷,还能作为阻挡湿气和紫外线引起的降解。结合ADA层的器件在苛刻条件下表现出显著提高的稳定性,在长时间过渡暴露于湿度和连续照明下,仍能保持其初始效率的80%(经过4000分钟)。这些结果展示了多功能等离子体聚合物涂层在钙钛矿太阳能电池可扩展且高耐久制造中的潜力。

a) 针对基于金刚烷等离子体聚合物薄膜(ADA)的夹心结构的太阳能电池制备工艺示意图。 b) 太阳能电池结构的示意图,其中在钙钛矿/空穴传输层(HTL)和电子传输层(ETL)/钙钛矿界面均加入了ADA层。(消息来源:Materials Today Energy: https://doi.org/10.1016/j.mtener.2025.102117)

科学家提出使用遥控等离子体辅助真空沉积(RPAVD)技术沉积的超薄金刚烷等离子体聚合物(ADA)薄膜,作为n-i-p钙钛矿太阳能电池结构中ETL/钙钛矿和钙钛矿/HTL界面的钝化材料。该等离子体聚合物薄膜通过在遥控微波等离子体存在下对金刚烷粉末前驱体进行真空升华一步制备而成。RPAVD在室温下进行,可兼容高度敏感的基底和大面积基板。此前的研究表明,ADA薄膜在等离子体辅助沉积后仍保留笼形金刚烷骨架,保持关键分子特征,并通过光谱技术(如FTIR、XPS)得到验证。所得ADA薄膜在可见光和紫外光范围内透明,热稳定性高达250 ºC,不溶于水,可作为有机支持纳米结构的一致保护层。厚度为200 nm的ADA层已被证明能够作为高效封装材料用于MHPSCs,保护其免受水浸和湿度影响。

此外,在最近的研究中,科学家证明超薄ADA薄膜是ETL/钙钛矿界面的可靠钝化层,可在不影响PSCs效率的情况下改善湿度稳定性和器件可重复性。值得注意的是,使用5 nm ADA层进行钝化的器件在所有测试厚度中表现出最高的电荷收集效率。基于这些研究结果,本研究将探索范围扩展到钙钛矿层本身,评估ADA薄膜对钙钛矿层及整体性能和稳定性的影响。提供了对双重钝化策略的全面评估,强调其在稳定高效钙钛矿太阳能电池中的潜力。

在钙钛矿/空穴传输层界面加入ADA层的太阳能电池示意图。b) 钙钛矿太阳能电池在钙钛矿/Spiro界面使用金刚烷等离子体聚合物薄膜作为钝化层时的电流密度-电压曲线。

研究表明,6 纳米厚的 ADA 层不足以完全防止钙钛矿材料因水分引起的降解;然而,在高湿度环境中,它确实提供了一定程度的物理保护。事实上,PVK/Spiro 界面的 ADA 中间层提高了钙钛矿太阳能电池在潮湿条件下(室温下相对湿度为 70%)的稳定性,保留了初始效率的 60%,而参考样品的效率下降到初始效率的 40%。阻抗分析表明,稳定性的提升与移动离子缺陷的抑制(钝化)有关。这些缺陷通常积聚在界面处,导致额外的复合路径,这主要降低了未保护参考太阳能电池的开路电压。这一观察结果与钝化样品中稳态光致发光强度的增加一致。

另一方面,用超薄的ADA薄膜保护ETL/PVK和PVK/HTL界面,使得太阳能器件在4000分钟的湿度测试(室温下100%相对湿度)后,仍能保持近80%的初始效率,而参考样品的效率下降至40%。双钝化钙钛矿太阳能电池的稳定性提升不仅归因于对潮湿环境的保护作用,还由于缓解了TiO2在紫外光辐射下光催化效应引起的降解。这表明,通过RPAVD技术沉积的ADA层具有作为多功能材料的潜力,既可作为界面的防潮层,也可作为纳米级涂层来改善钙钛矿太阳能电池的稳定性。单一材料能够在器件中执行多重功能,这在钙钛矿太阳能电池的工业化可扩展加工中具有关键优势。

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
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。

TNO携手东洋制罐推进钙钛矿产业化,计划在荷兰建厂来源:TaiyangNews 发布时间:2026-10-29 08:55:45

荷兰研究机构TNO、其衍生公司Perovion Technologies与日本东洋制罐集团控股公司达成合作,共同推进柔性钙钛矿太阳能电池的产业化。三方签署意向声明,制定涵盖技术开发、材料研发、卷对卷(R2R)制造工艺及组件集成的联合路线图。Perovion将依托TNO的技术基础,主导商业化转化,并计划于2030年在荷兰建设首座钙钛矿光伏薄膜R2R量产工厂;东洋制罐则提供MiraNeo平台下的先进封装材料与组件集成能力;TNO持续负责技术研发与规模化支持。该技术以轻质、柔性、可弯曲为特点,适用于传统晶硅组件难以部署的场景,如轻型屋顶、建筑立面、车辆及历史建筑等。合作旨在突破钙钛矿电池在长期稳定性与环境耐久性方面的产业化瓶颈,加速其迈向大规模生产和全球市场应用。(198字)

京东方光能申请太阳能电池组件及其制作方法专利,实现电极引线与太阳能电池电极的连接来源:金融界 发布时间:2026-10-29 08:53:46

本文介绍了合肥京东方光能科技有限公司与京东方科技集团股份有限公司联合申请的一项太阳能电池组件及其制作方法专利(公开号CN122995404A,申请于2025年4月)。该专利核心在于提出一种新型连接结构:通过第一、第二电极引线分别连接首尾两个太阳能电池的对应电极(即首电池的第一电极与末电池的第二电极),引线材料可选金属氧化物导电薄膜、金属导电薄膜,或二者叠层结构,旨在提升电极引线与电池电极间的可靠连接性能。文中还简要说明了两家申请主体的基本情况——合肥京东方光能为2024年成立的光伏领域新公司,注册资本近6亿元;京东方集团则是深耕电子制造多年的龙头企业,拥有超六万项专利。

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。

理光将在日本宫城县建钙钛矿太阳能电池生产基地,2030年形成数百兆瓦年产能来源:索比光伏网 发布时间:2026-10-28 09:08:27

理光公司宣布将于日本宫城县的理光工业东北基地建设钙钛矿太阳能电池生产基地,该项目已入选日本GX(绿色转型)供应链发展支持项目。基地将采用理光自主研发的喷墨印刷技术制造钙钛矿太阳能电池,通过喷墨涂布方式完成各功能层沉积,避免传统工艺中的真空镀膜和激光刻蚀等复杂环节,从而简化生产流程、提高材料利用率并降低量产成本。根据规划,该基地目标在2030年前实现数百兆瓦的年产能,并在此基础上持续扩产,逐步迈向吉瓦级规模。此举标志着理光正式布局下一代光伏技术产业化,聚焦高效、低成本的钙钛矿电池本地化制造。

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。

松下控股将玻璃型钙钛矿太阳能电池量产提前一年,计划2029年4月投产来源:广角观察 发布时间:2026-10-21 14:16:04

松下控股宣布将玻璃型钙钛矿太阳能电池的全面量产时间提前一年,由原定的2030财年调整为2029年4月,并将在日本滋贺县长滨市的量产技术开发基地正式启动。此举旨在加速该新型光伏技术的商业化进程。在此之前,公司已于2026年9月启动先行量产,相关产品目前由大阪府守口市的研发基地生产,主要用于面向客户的试用与实证,以积累实际安装、运行及维护经验,为后续规模化量产夯实技术与应用基础。

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)

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)

横店东磁申请太阳能电池的制备方法专利,降低接触电阻来源:金融界 发布时间:2026-10-12 06:00:37

横店集团东磁股份有限公司于2026年6月向国家知识产权局申请了一项名为“太阳能电池的制备方法”的发明专利(公开号CN122892299A)。该专利聚焦于优化太阳能电池结构,通过在基底层受光面和/或背光面构建具有区域差异化的掺杂半导体层,使接触区表面凸起且掺杂浓度高于相邻非接触区,或在背光面交替设置两类掺杂层作为接触区,再配合电极制备。其核心技术创新在于实现局部精准调控,从而有效降低金属电极与半导体之间的接触电阻,进而提升电池的开路电压与短路电流。作为国内光伏与磁性材料领域的重要企业,横店东磁长期布局技术研发,截至当前已累计拥有专利2911项。(199字)