朱宗龙等人EES:金属茂盐作为可调控掺杂剂提升钙钛矿太阳能电池效率

来源:知光谷发布时间:2025-12-09 14:14:09

通过外部掺杂产生自由载流子对于调控有机半导体(OSC)的电子性能至关重要。掺杂OSC在众多电学和光电器件的成功运行中扮演关键角色,但掺杂剂设计仍面临可加工性、稳定性及效能等挑战。

本文香港城市大学朱宗龙和伦敦帝国理工学院Saif A. Haque等人介绍了一类基于金属茂盐的通式化p型掺杂剂([M(C₁₀H₁₀₋ₙ)(X)ₙ]⁺[Y]⁻),能够满足上述要求。该方法的关键在于能够通过氧化还原活性金属阳离子(M)和环戊二烯环上官能团(X)独立调控阳离子,从而控制氧化强度;同时,通过对阴离子(Y)的调控,可以控制掺杂OSC⁺盐的掺杂效能和稳定性。本研究系统探究了阳离子和阴离子结构对OSC掺杂的影响,阐明了用于掺杂剂设计的结构-性能关系。我们揭示了掺杂机制,并证明此类掺杂剂可将钙钛矿/OSC异质结处的空穴提取效率提升45%。使用金属茂盐掺杂剂的钙钛矿/OSC光活性层,相比使用传统LiTFSI基掺杂剂的薄膜,对湿气诱导降解的耐受性显著增强。

最后,在n-i-p结构钙钛矿太阳能电池中展示了优化的二茂铁盐掺杂剂的应用,实现了无LiTFSI、无添加剂的器件,其光电转换效率高达25.30%。

研究亮点:

  1. “可调控”掺杂剂设计新策略提出基于金属茂盐([M(Cp)₂]⁺[Y]⁻)的掺杂剂平台,可独立调控阳离子(通过改变金属中心M或环上官能团X)以精确匹配OSC的氧化电位,同时调控阴离子(Y)以优化掺杂效能与稳定性,为有机半导体掺杂提供了高度灵活的设计空间。
  2. 高效、无锂、空气稳定的钙钛矿太阳能电池使用优化的二茂铁盐(如[Fc(Br)₂][TFSI])完全替代传统吸湿、不稳定的LiTFSI和FK209共掺杂剂,制备的n-i-p结构钙钛矿太阳能电池实现了25.30%的最高效率(基准LiTFSI器件为24.59%),展现了卓越的性能替代潜力。
  3. 显著增强器件界面稳定性与空穴提取金属茂盐掺杂剂及其反应副产物中性二茂铁能有效钝化钙钛矿表面,诱导能带弯曲并形成表面杂化态,从而提升空穴提取效率(最高提升45%)。掺杂后的空穴传输层表现出优异的耐湿性(高湿度下性能衰减远低于LiTFSI),有助于提升器件整体环境稳定性。

Metallocenium Salts as Tunable Dopants for Enhanced Efficiency of Perovskite Solar Cells

T. Webb, V. Francesco, D. Gao, L. Zhu, W. Tremlett, A. Azaden, A. Rodgers, P. Jacoutot, A. J. P. White, S. Islam, N. J. Long, Z. Zhu and S. A. Haque, Energy Environ. Sci., 2025

DOI: 10.1039/D5EE05482F

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2025/ee/d5ee05482f

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
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。

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)

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。

10亿美元!钙钛矿企业已签署约2.5GW产品销售意向书!来源:钙钛矿工厂 发布时间:2026-08-19 08:56:33

Tandem PV是一家专注于钙钛矿-硅叠层太阳能技术的企业,近期已实现首块生产级面板下线,并签署约10亿美元(约合2.5GW)的产品销售意向书。公司正推进从实验室向量产的工程放大,目标今年晚些时候启动付费试点部署,以获取户外实证数据并满足融资要求;预计2028年实现吉瓦级量产,组件效率达34%,2030年有望提升至37%。其4端子机械堆叠结构采用双玻封装,提供30年质保、年衰减≤1%,实测一年无显著衰减。产品兼容多种硅电池技术(PERC、TOPCon、HJT等),可适配美国本土供应链并享受多重税收抵免。目前融资约1亿美元,制造布局符合美国国内含量及税收激励政策。

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)

极电姜伟龙:从地面实证到苍穹蓝图,极电光能引领钙钛矿价值多维进阶来源:极电光能 发布时间:2026-08-10 09:59:50

极电光能副总裁姜伟龙博士在无锡太空光伏论坛发布钙钛矿太空应用路线图,提出“稳定性、发电能力、轻质柔性、设计弹性”四大基本功,披露大庆实证数据及“创势S2-玄甲”高强度组件进展,并规划2025—2030年三阶段太空验证与产业化路径。

上海叶烁数字喷墨与爱旭股份联合技术攻关 ——喷墨打印钙钛矿薄膜均匀性精准调控来源:索比光伏网 发布时间:2026-08-07 16:14:13

本文介绍了上海叶烁数字信息技术公司与光伏企业爱旭股份联合攻关钙钛矿/晶硅叠层电池量产难题的成果。针对大绒面晶硅底电池上钙钛矿薄膜均匀成膜难的核心瓶颈,双方构建了“设备–材料–工艺”三位一体协同优化体系:设备端通过高耐腐墨路系统与智能化波形调控,实现皮升级墨滴体积变异系数<3%;材料端建立溶剂挥发动力学模型,精准匹配喷头流变窗口(Z≈2–6),抑制咖啡环效应;工艺端创新引入毫秒级预结晶技术,消除湿膜梯度,提升结晶均一性。该方案已实现实验室1 cm²器件约30%转换效率,并在210×105 mm²大面积薄膜中达成PL映射相对标准差低至2.4%,验证了喷墨打印技术迈向GW级量产的可行性与可靠性。

天合光能申请太阳能电池相关专利,提升叠层太阳能电池光能利用率并减热化损失来源:新浪证券 发布时间:2026-08-07 15:09:25

天合光能于2026年4月14日申请了一项关于叠层太阳能电池的发明专利(公布号CN122497214A),聚焦提升光能利用效率并降低热化损失。该专利提出一种含特殊光学膜层的多端叠层结构,由前置钙钛矿子电池、后置另一子电池及二者之间的光学层构成;光学层内嵌散射粒子与波长转换粒子,可将钙钛矿电池“死区”未能有效吸收的高强度入射光进行横向扩散,并将其转换为更易被后置子电池吸收的长波段光。此举显著改善后置子电池受光的空间均匀性,提高整体光能利用率,同时减少因光子能量过剩导致的热化损耗。专利还涵盖该电池的制备方法及其在电池组件和用电装置中的应用。