成都理工大学彭强EES: 介电分子桥使26.60%的高效耐用倒置钙钛矿太阳能电池具有高反向击穿电压

来源:先进光伏发布时间:2025-12-02 14:16:40

论文概览

针对钙钛矿太阳能电池在实际应用中因遮挡导致的反向偏压损伤问题,成都理工大学创新性地提出一种介电分子桥策略,通过引入双(4-氟苯基)氯膦(F-CPP)分子对钙钛矿埋底界面进行调控。该研究利用F-CPP分子中氟(F)和氯(Cl)双卤素单元的协同作用,有效钝化卤素诱导缺陷、调控钙钛矿结晶、提高薄膜介电常数,并显著增强器件的反向击穿电压。实验结果表明,F-CPP处理后的钙钛矿薄膜介电常数提升约2倍,器件瞬态反向击穿电压达-6.6 V,为银基钙钛矿太阳能电池中的最高值之一。基于该策略,团队实现了26.60%的冠军效率(认证26.17%),并在大面积(1 cm²)和不同宽带隙(1.68-1.78 eV)器件中均表现出优异的性能。在-1 V反向偏压测试条件下,未封装器件在长期存储、热老化和光照条件下均保持90%以上的初始效率。

技术亮点

1. 双卤素协同钝化:F-CPP中F单元提升电负性与介电常数,Cl单元调控结晶并钝化缺陷。

2. 介电性能提升:钙钛矿薄膜介电常数提高至45.5,器件电容显著增强,反向击穿电压达-6.6 V。

3. 结晶质量优化:F-CPP促进大晶粒生长,释放薄膜残余应力,提升薄膜质量与稳定性。

4. 反向偏压稳定性:在-5 V脉冲反向偏压下器件输出稳定,-1 V持续反向偏压下仍保持高效率

研究意义

✅首次通过介电分子桥策略系统提升钙钛矿电池的反向击穿能力。

✅为实际应用中的遮挡、阴影等极端工况提供稳定性解决方案。

✅通过双卤素协同机制实现缺陷钝化、结晶调控与介电性增强的多重优化。

✅为钙钛矿电池的产业化可靠性提供重要技术支撑。

深度精度

Fig.1 通过静电势(ESP)计算、缺陷形成能分析以及多种光谱技术(如XPS、FTIR和NMR),系统阐述了F-CPP分子与钙钛矿前驱体之间的相互作用机制。DFT计算显示F-CPP因氟单元的高电负性呈现更负的静电势,增强了其作为路易斯碱与钙钛矿路易斯酸位点的结合能力;缺陷形成能结果表明F-CPP处理显著降低了铅空位、碘空位和PbI3-等缺陷的形成能,说明其优异的缺陷钝化效果。XPS和FT-IR光谱证实F-CPP与NiOx基底及钙钛矿层形成了化学键合,如Ni 2p和Pb 4f峰位的位移,而NMR氢谱中质子信号的裂分和位移进一步验证了分子与有机阳离子的氢键相互作用,共同奠定了F-CPP作为分子桥调控界面结晶的基础。

Fig.2 结合原位紫外-可见吸收光谱(UV-vis)、扫描电子显微镜(SEM)和掠入射广角X射线散射(GIWAXS),揭示了F-CPP对钙钛矿结晶动力学和薄膜形态的深刻影响。原位UV-vis显示F-CPP处理延缓了钙钛矿成核速率,但提高了结晶均匀性,表现为吸收边缘的缓慢红移和更陡峭的爬升曲线;SEM图像表明F-CPP修饰的钙钛矿薄膜具有更大的晶粒尺寸和更少的晶界,减少了载流子复合通道;GIWAXS图谱进一步证实F-CPP增强了钙钛矿的结晶度,衍射环强度提高且对应(100)和(200)晶面的信号更加清晰,促进了高质量薄膜的形成。

Fig.3 聚焦于F-CPP的介电性能提升作用,通过介电常数测量、电容-频率曲线和暗J-V测试等实验,展示了分子桥对器件反向击穿电压(Vbv)的增强效果。介电常数测试表明F-CPP处理使钙钛矿薄膜的相对介电常数从21.6(对照组)提升至45.5,增幅约两倍,归因于氟单元的高电负性增强了材料极化能力;电容-频率曲线显示F-CPP器件具有更高的介电电容,暗J-V曲线中其瞬态反向击穿电压达到-6.6 V,远高于对照组(-1.1 V),而IR热成像图在-5 V偏压下显示F-CPP器件温度分布均匀,无局部击穿点,证明了分子桥有效抑制了漏电流和热失控,提升了器件的反向偏压稳定性。

Fig.4 通过强度调制光电流谱(IMPS)、瞬态光电流(TPC)、时间分辨光致发光(TRPL)等技术,深入研究了F-CPP对载流子传输和复合动力学的调控。IMPS显示F-CPP器件在不同光照强度下具有更短的载流子收集时间(Tc),表明光生载流子提取效率更高;TPC和TRPL曲线进一步证实F-CPP延长了载流子复合寿命,降低了非辐射复合损失,如TRPL平均寿命从402.34 ns(对照组)降至107.99 ns;同时,电化学阻抗谱(EIS)和莫特-肖特基测试表明F-CPP提高了内置电势(Vbi)并降低了缺陷态密度,这些效应协同促进了器件开路电压和填充因子的提升。

Fig.5 展示了F-CPP优化后器件的光伏性能,包括截面SEM、J-V曲线、外量子效率(EQE)和统计分布。冠军器件效率达26.60%(认证26.17%),开路电压1.196 V,填充因子85.88%,截面SEM显示钙钛矿层呈致密无孔洞结构;J-V曲线和EQE谱证实F-CPP器件具有高电流密度(25.91 mA cm⁻²)和低滞后效应,统计分布表明其参数离散性小,重现性优异;此外,大面积(1 cm²)和宽带隙(1.68-1.78 eV)器件效率均超过20%,证明了该策略的普适性。

Fig.6 通过老化测试、热稳定性、光浸泡实验等评估了器件的长期稳定性。F-CPP器件在-1 V反向偏压下,未封装器件在室温储存2000小时后效率保持90.5%,85℃热老化后保持82.7%,连续光照下93.5%的初始效率维持1200小时;水分接触角测试和IR光谱表明F-CPP增强了薄膜疏水性,抑制了离子迁移和分解,而相变激活能(Ea)计算显示F-CPP将迁移势垒从0.86 eV提升至1.73 eV,从根本上提升了器件的操作稳定性。

结论展望

本研究通过引入F-CPP介电分子桥,成功实现了钙钛矿太阳能电池效率与反向击穿电压的双重突破,首次系统解决了钙钛矿电池在实际应用中的反向偏压稳定性难题。该策略不仅为高效稳定钙钛矿电池的设计提供了新思路,也为光伏组件在复杂光照条件下的可靠运行奠定了关键技术基础,推动了钙钛矿光伏技术的产业化进程。

文献来源:

Luo, C., Chen, Y., Wu, X. et al. Dielectric molecular-bridges enable 26.60% efficient and durable inverted perovskite solar cells with high reverse breakdown voltage. Energy Environ. Sci. (2025).

https://doi.org/10.1039/D5EE02610E

仅用于学术分享,如有侵权,请联系删除。

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
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)

高景亮相ENERGY EXPO 2026:把N型的高效答案带到东欧来源:高景太阳能股份有限公司 发布时间:2026-09-29 05:52:00

高景太阳能亮相罗马尼亚ENERGY EXPO 2026,首发三大N型旗舰组件:全黑满屏500W户用组件、670W BC工商业组件、740W TOPCon地面电站组件,覆盖东欧全场景需求。以24.5%–24.8%高效率、超低衰减、严苛环境适应性及25–30年质保,展现中国N型技术出海实力。

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。

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。

“货”力全开!极电钙钛矿组件全球交付稳步提速来源:极电光能 发布时间:2026-09-16 09:24:41

文章介绍了极电光能钙钛矿光伏组件在全球范围内的加速交付与商业化进展。公司近期完成对江苏、安徽、广东等国内多地及日本、新加坡等海外项目的批量供货,涵盖分布式、集中式及建筑光伏一体化(BIPV)等多种应用场景。其2.81m²“创势”组件凭借低温度系数、优异弱光性能,有效适配华东华南高温多雨环境及新加坡高密度城市空间需求,并已通过IEC、CCC、cTÜVus及欧盟RoHS等多项国际认证。依托GW级量产线稳定运行,极电光能正推动钙钛矿技术从示范验证迈向规模化、全球化应用,持续为区域绿色能源建设提供高性能解决方案。(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)

西南地区首个工业级钙钛矿/晶硅叠层光伏实证项目落地云南来源:钙钛矿光链 发布时间:2026-09-09 09:24:56

西南地区首个工业级钙钛矿/晶硅叠层光伏实证项目在云南丽江落地,依托云南省重大科技专项“绿氢高效制备关键技术研究及应用”,由昆明理工大学、三峡集团云南公司与仁烁光能联合实施。项目突破两大核心技术瓶颈:一是研发出稳定性显著提升的钙钛矿/硅叠层太阳能电池,光电转化效率达33%,双85老化1100小时后性能保持率超90%;二是开发出高性能钴基非贵金属电解水催化剂,实现大电流下高效稳定制氢。配套建成1000Nm³/h“光伏直连制氢”示范工程,年产绿氢320吨,并投运高原适用的集装箱式氢燃料电池热电联产系统,形成覆盖“发电—制氢—储运—用能”的全链条零碳微循环模式。(199字)

高纪凡主任领衔科研团队,天合光能首次以第一通讯单位登顶《Nature》来源:天合光能 发布时间:2026-08-20 09:48:21

天合光能联合复旦、东南大学在《Nature》发表钙钛矿/钙钛矿/硅三结叠层电池突破性成果,首次以第一通讯单位登顶该刊。团队攻克宽带隙钙钛矿电压损失与光学失配难题,实现32.22%世界最高稳态效率(16 cm²器件达26.97%),为轻质高效空间光伏提供新路径。

硒钼科技与贝克勒尔签署战略合作协议 共同开发高效高稳定性钙钛矿材料来源:钙钛矿工厂 发布时间:2026-08-20 08:55:18

2026年8月15日,硒钼科技与贝克勒尔签署战略合作协议,聚焦高效高稳定性钙钛矿材料的联合研发。硒钼科技作为AI for Science(AI4S)领域先行者,依托自主物理建模算法与融合物理约束的AI生成模型,致力于加速新材料发现;贝克勒尔则为专注钙钛矿-晶硅叠层电池产业化的新锐企业,拥有沈文忠、蔡墨朗等光伏领域资深专家的技术支撑。双方将结合硒钼科技的AI驱动材料设计能力与贝克勒尔在钙钛矿材料性能、器件结构及稳定性方面的实验数据与工程经验,构建“理论设计—高通量计算—合成验证—反馈优化”的闭环研发范式,重点突破钙钛矿本征稳定性瓶颈。合作成果将形成面向产业链的AI驱动材料发现产品,并计划未来向更广泛的AI for Material领域拓展。(199字)

给钙钛矿“抛光上漆” 太阳能电池也可兼得“高效”与“长寿”来源:光明日报 发布时间:2026-08-17 09:38:20

北京大学周欢萍教授团队针对钙钛矿太阳能电池“高效率”与“长寿命”难以兼顾的难题,提出一种基于等离子体的表面工程新策略:先用氩气等离子体物理刻蚀去除缺陷富集的表层(“抛光”),再利用四氟化碳等离子体激活氟物种,原位生成4–7纳米厚、连续致密的氟化铅保护层(“上漆”)。该方法显著降低界面缺陷密度约一个数量级,优化能级排列,提升电荷提取效率。实验表明,小面积电池光电转换效率达27.2%,100 cm²模组认证效率为23.5%;器件在高温、光照、紫外及循环应力下均表现出优异稳定性。该技术为高性能钙钛矿光伏产业化提供了新路径。

云南省钙钛矿太阳能电池技术研发取得新进展来源:云南网 发布时间:2026-08-11 09:15:20

云南省昆明理工恒达科技与昆明理工大学黄惠教授团队在钙钛矿太阳能电池技术研发上取得重要进展。团队实现小面积单结器件认证效率27.16%,并完成有效面积661 cm²组件的小批量工艺验证;已稳定制备30 cm×30 cm组件,转化效率达22%,目标提升至24%以上。针对产业化中面积放大导致的效率衰减与薄膜均匀性等难题,团队构建产学研联合体,推行“基础研发+工程放大”双轨路径:材料层面首创体相与晶界缺陷协同抑制策略,不同带隙器件效率达24.12%–26.84%,1000小时运行后效率保持率94%;界面工程优化埋层并抑制非辐射复合,1200小时保持率96%;电极工艺采用银-铜合金共蒸镀及低温刷涂技术,降低贵金属用量,适配卷对卷量产。(199字)