山东大学尹龙卫最新AM:有机层桥接3D/2D钙钛矿异质结助力高效稳定全钙钛矿叠层太阳电池

来源:先进光伏发布时间:2025-11-19 09:47:35

论文概览

针对全钙钛矿叠层太阳电池中宽带隙钙钛矿子电池的开路电压(Voc)损失与长期稳定性不足的关键问题,山东大学材料科学与工程学院研究团队创新性地提出在3D/2D钙钛矿异质结界面引入交联聚合物中间层(PIL)的策略。该研究通过将PETTA与NVCZ共聚形成的PIL精确沉积于3D钙钛矿表面,利用其富含的羰基与N/O原子有效饱和表面缺陷、释放拉伸应变,并诱导形成梯度能级排列,显著降低了3D/2D界面处少数载流子的积累与复合损失。同时,PIL的致密骨架作为物理屏障,有效阻隔了热应力下A位阳离子的迁移,极大提升了异质结的热稳定性。基于该策略,宽带隙钙钛矿电池与全钙钛矿叠层电池分别实现了20.23%与28.26%(认证效率27.29%)的冠军效率,并展现出优异的热稳定性与器件重复性。该研究以"Organic Layer Bridged 3D/2D Perovskite Heterojunction for Efficient and Stable All-Perovskite Tandem Solar Cells"为题发表于材料领域顶级期刊Advanced Materials上。

技术亮点

多功能聚合物中间层设计:采用PETTA与NVCZ共聚构建高交联度PIL,兼具缺陷钝化、能带调控与离子阻隔三重功能。

梯度能级排列优化:PIL诱导形成理想能带偏移,有效抑制电子回流与少数载流子在界面处的积累。

强化热稳定性机制:PIL骨架作为物理屏障,显著抑制高温下有机阳离子的迁移与2D/3D相转变。

协同提升载流子传输与提取:PIL降低界面缺陷密度,提升载流子寿命与提取效

率,同步优化Voc与填充因子。

深度精度

图1:3D/PIL/2D异质结结构与聚合物表征

该组图像展示了新型交联聚合物中间层在3D/2D钙钛矿异质结中的构建过程及其化学特性。示意图清晰呈现了PIL通过配位键、氢键和范德华力与上下层钙钛矿形成稳固连接,其多功能骨架可同时实现缺陷饱和、能级调控和离子迁移抑制。傅里叶变换红外光谱中-CH=CH2信号减弱证实了PETTA与NVCZ单体的成功聚合,而原子力显微镜-红外联用技术显示PIL在钙钛矿表面形成连续均匀的覆盖层,且AFM-IR图像中FA+信号在3D/PIL/2D结构中显著减弱,表明PIL有效阻隔了有机阳离子的热诱导扩散。GIWAXS图谱在q=0.30和0.63 Å⁻¹处出现BA₂MAPb₂I₇的特征衍射峰,验证了2D钙钛矿层的成功构建。

图2:PIL与钙钛矿的相互作用及缺陷钝化机制

通过X射线光电子能谱和空间电荷限制电流测试,本研究揭示了PIL对钙钛矿表面缺陷的强效钝化作用。Pb 4f峰向低结合能位移及Pb⁰信号的消失证实PIL与Pb²⁺形成配位键,而SCLC曲线显示陷阱填充极限电压从0.241 V降至0.161 V,表明陷阱密度显著降低。共聚焦荧光图像中3D/PIL薄膜呈现更均匀的强荧光分布,印证了PIL的均匀钝化效果;开尔文探针力显微镜显示改性薄膜接触电势差分布更集中,表面电势波动减小,说明缺陷活性受到抑制。结合DFT计算,PIL对Pb空位和Pb替代I位缺陷的吸附能分别达-2.66 eV和-2.63 eV,进一步从理论上支持了其优异的化学钝化能力。

图3:能带结构与载流子传输动力学优化

紫外光电子能谱分析表明,PIL的引入显著调节了3D/2D异质结的能级对齐,将导带偏移量从0.32 eV优化至更小值,有效抑制了电子回流和少数载流子在界面的积累。稳态荧光光谱中3D/PIL/2D薄膜的荧光淬灭程度更高,时间分辨荧光寿命从167.18 ns缩短至58.29 ns,证明PIL增强了界面电子提取效率。瞬态吸收光谱显示改性异质结的载流子衰减速度减慢,表明缺陷介导的非辐射复合被抑制;莫特-肖特基测试中内置电势从0.894 V提升至0.974 V,且斜率增加,反映了缺陷密度降低和载流子分离驱动力增强。瞬态光电流/光电压测试进一步证实3D/PIL/2D器件的载流子传输时间缩短至3.61 μs,电压衰减寿命延长至0.27 μs,凸显了PIL对载流子复合损失的抑制效果。

图4:器件性能与叠层电池集成验证

宽禁带钙钛矿电池在PIL修饰后效率从19.61%提升至20.23%,开路电压达1.296 V,填充因子提高至83.77%,外量子效率积分电流与J-V测试结果高度吻合。基于该结构的全钙钛矿叠层电池实现了28.26%的冠军效率(认证效率27.29%),开路电压高达2.135 V,且正反扫偏差较小,稳态功率输出效率达27.59%。外量子效率曲线显示顶底子电池电流匹配良好(15.458/15.652 mA cm⁻²),43个器件的高重现性统计分布验证了工艺可靠性。稳定性测试中,叠层电池在氮气环境下连续运行450小时后仍保持85%的初始效率,而AFM-IR热老化实验表明PIL有效阻隔了FA⁺离子的热致迁移,揭示了其提升器件热稳定性的关键机制。

结论展望

本研究通过构建3D/PIL/2D钙钛矿异质结,成功实现了效率28.26%(认证27.29%)、开路电压2.151 V的全钙钛矿叠层太阳电池,突破了宽带隙钙钛矿子电池的电压损失瓶颈。该策略不仅通过聚合物中间层的多重功能化设计实现了缺陷钝化、能带调控与离子阻隔的协同提升,也为高效、稳定全钙钛矿叠层电池的界面工程提供了新思路。随着对3D/2D异质结界面机制的深入理解与大面积制备工艺的优化,全钙钛矿叠层技术有望在效率、稳定性与工艺兼容性之间实现更优平衡,推动其走向商业化应用。

文献来源

Liu, Z., Chang, B., Ma, S., Li, C., Wu, Y., Tong, X., Yu, C., Chen, Y., Yin, L., Organic Layer Bridged 3D/2D Perovskite Heterojunction for Efficient and Stable All-Perovskite Tandem Solar Cells. Advanced Materials, 2025.

DOI: 10.1002/adma.202512874

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
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)

全省唯一!极电光能牵头项目入选江苏省创新联合体拟建名单来源:极电光能 发布时间:2026-09-22 10:59:09

江苏省科技厅公示2026年度省级创新联合体拟建名单,全省共18家,其中由极电光能牵头的“江苏省大面积高效柔性钙钛矿太阳能电池与装备技术创新联合体”成功入选,系光伏领域唯一获批单位。该联合体以企业为“出题者”,联合高校院所及产业链上下游,聚焦柔性钙钛矿在材料、器件、工艺和装备等关键环节的协同攻关,旨在贯通“产学研用”链条。相较于传统光伏,柔性钙钛矿具备轻量化、可弯曲、形态适配性强等优势,应用场景正从电力生产拓展至建筑、交通、低空经济及便携能源等领域。依托无锡新能源产业与科创资源,联合体将加速技术转化与多元应用落地,助力江苏培育新能源增长点,支撑新质生产力发展。(198字)

华晟新能源亮相2026世界制造业大会 展示高效异质结前沿技术成果来源:华晟新能源 Huasun 发布时间:2026-09-22 09:44:57

华晟新能源亮相2026世界制造业大会,展出Himalaya PLUS高效异质结组件(760W/24.5%)、异质结-钙钛矿叠层电池、玻璃基TGV及P-HJT柔性电池等前沿成果,展现其在高效光伏与下一代技术产业化上的领先布局。

钙钛矿视觉传感器项目落地宁波产业园!来源:钙钛矿工厂 发布时间:2026-09-22 09:29:29

2026中国浙江·宁波人才科技周于9月20日在宁波开幕,甬港创科中心首批10个人才科创项目集中签约入驻。该中心由宁波市委人才办、宁兴集团与高新区共建,立足甬港两地优势,打造“宁波产业园”与“香港研发园”双平台,推动“香港研发、宁波智造”协同模式。其中5个项目落地宁波产业园,包括丁宇宬团队主导的高性能钙钛矿视觉传感器项目,拟建设研发中心与中试基地;另有超材料制冷化纤、三维风场测绘卫星星座、多传感食品智控及高灵敏生物磁检测装备项目同步入驻。另5个项目入驻香港研发园,涵盖舜宇、汉科等龙头企业及人形机器人、氮化镓芯片等前沿方向。香港特区政府将提供全周期创业支持,助力大湾区与长三角科技资源联动。(198字)

从高温高湿到干热沙尘,极电“创势”钙钛矿组件完成“双极境”实证大考来源:极电光能 发布时间:2026-09-21 09:55:43

本文报道了极电光能“创势”钙钛矿光伏组件在CTC国检集团海南(高温高湿、强辐照、高盐雾、多台风)和吐鲁番(干热、强风沙、极端高温达49.23℃)两大国家级户外实证基地完成的“双极境”实证测试结果。实证周期覆盖2025年12月至2026年8月,涵盖冬夏两季及多种复杂气象。数据显示,“创势”组件在两地均保持发电性能稳定,未出现明显衰减,平均系统效率(PR值)超90%;其弱光响应好、温度系数优异、防积灰与防热斑设计有效,展现出突出的湿热稳定性与干热沙尘环境适应性。该实证为钙钛矿光伏技术产业化提供了关键可靠性验证。

钙钛矿光伏领域首个国家标准发布来源:市场监管总局 发布时间:2026-09-21 08:52:42

我国首个钙钛矿光伏领域国家标准《GB/T 6495.12—2026》正式发布,将于2027年实施。该标准聚焦钙钛矿光伏电池及组件的电流-电压(I-V)特性测量,旨在解决其性能易受光照和电压影响、测试结果不稳定、面积定义不统一等关键问题。针对钙钛矿器件动态响应特性,标准系统规定了测试设备要求、测试前稳定化处理流程,并区分实验室研发与量产需求,提出快速测量法及最大功率点追踪、十点准稳态拟合(仲裁法)、渐进法等准稳态测试方法。同时,统一总面积与光阑面积定义,规范效率计算方式,确保不同机构测试结果具备可比性与可复现性。该标准填补了国内钙钛矿光伏标准化测试空白,为检测认证、产品研发、产线质控和国际贸易提供统一技术依据,支撑产业化发展与国际标准协同推进。(199字)

推进多场景试点应用!《江苏省推进钙钛矿光伏电池试点应用实施方案》发布来源:江苏省发改委 发布时间:2026-09-20 09:09:30

江苏省于2026年9月14日印发《推进钙钛矿光伏电池试点应用实施方案》,明确以多场景验证为路径,加快钙钛矿光伏技术工程化落地。方案提出到2030年,建成一批技术先进、效益显著的试点项目,形成全国领先的创新与应用试点体系。重点布局五大应用场景:“钙钛矿光伏+交通设施”,推动铁路、公路、港口及车载光伏应用;“+建筑”,推广光伏瓦、幕墙等BIPV产品;“+矿区”,结合生态修复实现能源开发与环境治理协同;“+海上风光同场”,开展高盐雾、高湿热环境实证;以及“+其他”,拓展至零碳园区、农(渔)光互补、可穿戴设备和航空航天等领域。配套强化项目试点、政策激励、市场消纳与标准认证四大支撑举措,全面助力钙钛矿光伏产业化与绿色低碳发展。(198字)

全球钙钛矿竞速,晶灵以唯一材料合作方进入澳洲国家级项目!来源:投稿 发布时间:2026-09-18 14:45:50

钙钛矿-晶硅叠层电池产业化加速,晶灵科技作为唯一中国材料方参与澳大利亚630万澳元国际攻关项目。其高纯度微晶材料已量产供货,多项技术创世界纪录,并布局太空光伏、BIPV等前沿场景,推动钙钛矿材料自主可控与全球验证。

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)

“链”上发力!极电光能牵头大面积柔性钙钛矿生态型创新联合体成功获批来源:极电光能 发布时间:2026-09-17 09:49:03

近日,由极电光能牵头组建的“无锡市大面积高效柔性钙钛矿太阳能电池与装备技术创新联合体”成功入选2026年度无锡市生态型创新联合体拟建设名单。该联合体聚焦柔性钙钛矿光伏技术产业化瓶颈,如大面积制备、效率与稳定性协同提升及装备适配等共性难题,联合上下游企业、重点高校共同开展系统攻关。作为无锡市“链主”企业,极电光能依托“极创+”量产技术体系,已形成覆盖设计、设备、工艺到运维的全价值链整线解决方案,支撑技术快速向产线转化。此次获批标志着其角色从承担具体任务的技术攻关者,升级为统筹资源、组织协同的产业链创新引领者,旨在提升无锡钙钛矿产业创新集群整体竞争力。(198字)