镁掺杂氧化镍空穴传输层实现高效率和稳定的钙钛矿太阳能电池

来源:钙钛矿材料和器件发布时间:2025-11-11 14:09:07

钙钛矿太阳能电池(PSCs)是一种有前景的薄膜光伏器件,可实现高达27.3%的功率转换效率。由氧化镍(NiOx)和Me-4PACz组成的空穴传输层(HTL)在这些器件中被广泛使用。然而,NiOx的分散性和导电性不理想,并且存在能级不匹配问题。同时,Me-4PACz 在NiOx上的覆盖不均匀。在此背景下,本文合成了镁离子掺杂的氧化镍(Mg:NiOx),其具有更多表面羟基,以解决这些问题。更多的表面羟基提供了更多 Me-4PACz 的结合位点,从而形成更致密、更均匀的 Me-4PACz 覆盖。因此,埋藏界面上的缺陷更少,为钙钛矿(PVK)的结晶提供了更好的环境。此外,Mg:NiOx/Me-4PACz 与 PVK 实现了更好的能级匹配。基于Mg:NiOx的 PSC 达到最佳 PCE 为 25.86%,相比于NiOx基器件(24.51%)有显著提升。

(消息来源: Chinese Journal of ChemistryDOI: 10.1002/cjoc.70333)

钙钛矿太阳能电池(PSCs)由于其高效率和低成本,近年来发展迅速。倒置型PSCs易于制造且表现出低迟滞性。此外,它们还可以用于与其他太阳能电池制备叠层电池。这些优势使得倒置型PSCs成为研究的焦点。空穴传输层(HTLs)对PSCs极为重要,HTL自身的性能与稳定性具有重要意义。值得注意的是,HTLs还可以间接影响钙钛矿(PVK)晶体的分解。因此,通过设计和改进HTLs来钝化PVK的埋藏界面是非常必要,这是提高PSCs光电转换效率(PCE)和稳定性的有效方法之一。HTLs可以分为有机和无机类型,各自具有不同的优缺点。大多数无机HTLs是金属氧化物,其中以氧化镍(NiOx)为基础的无机HTLs得到了广泛应用。NiOx具有高透光率,其纳米颗粒稳定性优良。同时,其制造成本也相对较低。然而,在低温下制备的NiOx HTLs仍面临诸多挑战。具体而言,NiOx薄膜的电导率相对较低。此外,NiOx与PVK之间的能级匹配并不理想。NiOx在ITO基底上的分布不均匀,而且高价态的镍容易与PVK发生反应。

为了解决这些问题,许多研究人员从不同方面对NiOx进行了研究。在此,科学家合成了Mg:NiOₓ 作为空穴传输层(HTL),其具有富羟基的表面、成本效益高、Mg²⁺/Ni²⁺ 半径匹配良好(利于均匀掺杂)以及降低的功函数(优化能量匹配)。Cl⁻ 易于去除,因为 Cl⁻ 与 Ni²⁺ 的配位能力较弱。因此,采用高溶解度的MgCl₂·6H₂O 作为掺杂剂,其释放的结晶水实现了与 Ni²⁺ 的分子级混合,从而促进了均匀掺杂。针对Mg:NiOₓ/Me-4PACz 系统的研究显示,Mg:NiOₓ 的分散性和导电性得到改善,两组分之间的结合更强,界面缺陷更少,PVK 晶粒生长均匀,同时Mg:NiOₓ 较低的功函数(-4.36 eV,相较于原始NiOₓ 的 -4.26 eV)增强了其 p 型特性。

在这项工作中,合成了Mg:NiOx并成功提升了PSC的性能。Mg:NiOx表面富含羟基,这有助于Me-4PACz的均匀且致密沉积,有利于PVK的均匀生长并抑制埋藏界面缺陷的产生。同时,Mg:NiOx的HOMO能级降低(从-5.03 eV降至-5.13 eV)以及ITO/Mg:NiOx/Me-4PACz的费米能级下降,证明了HTL与PVK之间的能级匹配更佳。更好的能级匹配增强了空穴提取能力。Mg:NiOx器件的VOC和FF均有所提高。采用Mg:NiOx制备的0.06 cm² PSC显示出高达25.86%的PCE,并在室温AM 1.5G连续照射462小时后仍保持初始PCE的96.8%。同时,使用NiOx的PSC仅保持初始PCE的62.9%。Mg:NiOx成功提升了PSC的PCE和稳定性。

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
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)

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)

目标效率29%!美印企业合作4GW钙钛矿叠层项目来源:TaiyangNews 发布时间:2026-09-24 09:00:27

印度GREW Solar公司与美国Caelux公司签署为期5年的商业化合作协议,共同推进4GW钙钛矿-硅叠层光伏组件在印度本土的量产,目标于2028年启动。合作核心是将Caelux的钙钛矿发电玻璃技术与GREW Solar的n型TOPCon电池(含G12R大尺寸平台)集成,开发高效率混合叠层组件,目标转换效率超过29%。此举标志着GREW Solar正式进入钙钛矿叠层技术领域,拓展其原有硅基技术布局,并确保产品符合印度ALMM认证要求。目前GREW Solar在拉贾斯坦邦拥有6.5GW组件产能(规划扩至11GW),并正在中央邦建设8GW电池及8GW硅片工厂。对Caelux而言,本协议使其全球合作总容量达19GW,此前已与印度Rayzon Solar和Navitas Solar各签约5GW。(199字)

北京经济技术开发区:推动先进能源产业应用钙钛矿材料等实现太空、地面多维度发展来源:北京市人民政府 发布时间:2026-09-23 16:17:21

本文介绍了北京经济技术开发区发布的《关于加快新材料产业创新发展的若干措施》,旨在系统性推动新材料产业高质量发展。文件明确聚焦先进基础材料、关键战略材料和前沿创新材料三大方向,尤其突出钙钛矿等新型能源材料在先进能源领域的应用,支持其向太空能源、地面储能等多场景拓展。措施围绕“创新驱动—成果转化—双向赋能—要素保障”逻辑链,提出核心技术攻关、产学研协同、“AI+新材料”融合、中试平台建设、京津冀协同发展等12项具体举措,涵盖资金支持、平台搭建、场景开放、人才引育和金融赋能等内容。政策有效期至2028年底,适用范围覆盖亦庄新城全域,强调国产替代、技术转化与产业生态构建。(199字)

国内首次柔性钙钛矿光伏组件级在轨验证启动来源:炎和科技 发布时间:2026-09-18 08:41:14

9月17日,我国在酒泉卫星发射中心成功发射快舟十一号遥三火箭,将天仪51星与52星送入预定轨道。其中,炎和科技自主研发的柔性钙钛矿光伏组件搭载天仪52星进入太空,正式启动国内首次组件级柔性钙钛矿光伏在轨工程化验证。该试验聚焦空间极端环境下的全工况考核,包括高真空、±100℃温度循环、高能粒子辐照及原子氧侵蚀等多因素耦合条件,重点评估组件在热循环疲劳、辐照退化和机械震动下的电学输出特性、连接可靠性与力学稳定性。所有核心性能参数通过星上遥测系统实时回传。区别于以往小尺寸器件的原理性验证,本次任务首次面向工程应用,覆盖电学、连接、力学三大维度,旨在填补国内商业航天领域柔性钙钛矿光伏在轨工程数据空白,标志该技术由实验室研究正式迈入工程化应用验证阶段。(198字)

水下太阳能电池实现南海10米深处稳定运行来源:中国科学报 发布时间:2026-09-15 10:05:58

本文报道了西南联合研究生院与云南大学张文华团队在水下太阳能电池领域的突破性进展:其研发的宽能带隙浸没式钙钛矿太阳能电池,可在南海10米水深下稳定运行,单次工作两小时即可输出324兆瓦时电能,满足锂离子电池充电需求;在模拟及实地测试中,电池经1160小时运行和300天氮气储存后,效率分别保持近乎不变和达初始值的96%,展现出优异的水下耐久性与长期稳定性。研究通过定制光学滤光系统模拟水下光谱,并成功将大面积电池模块集成于水下机器人,在涠洲岛海域完成真实环境验证。该成果为远海传感器、监测设备及通信系统提供了可行的绿色能源解决方案,并为后续探索不同水深极限及建立水下光伏标准化测试体系奠定基础。(199字)

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)