中国研究人员开发了采用立体互补界面设计的钙钛矿-硅叠层太阳能电池，实现32.12%的认证效率并提升长期稳定性。该策略优化了钙钛矿晶格中的分子适配，提高了电荷传输和器件寿命。
图片来源：苏州大学
由中国苏州大学领导的一组研究人员制造了一种基于立体互补性的界面设计的钙钛矿-硅串联太阳能电池，旨在提升器件的效率和可靠性。
立体互补性定义了两个分子的三维形状在不引发空间冲突的情况下如何结合，而空间冲突因原子尺寸限制而物理上不可能发生。在钙钛矿太阳能电池中，立体互补性是材料效率和稳定性的关键，这取决于各组分在钙钛矿晶格中的契合程度。
“我们引入了一种新的分子层面策略，超越了简单地组合不同分子，”该研究的主要作者LifeWenhao告诉pv magazine。“通过有意选择一对尺寸差异显著的分子—一个小而柔性的哌铀（PipI）阳离子和一个大型刚性苯乙基铵（PEAI）阳离子—我们创造了协同效应。”
Li解释说，小型PipI深入钙钛矿表面，中和大分子无法触及的原子级缺陷，而庞大的PEAI则同时在顶部自组装成坚固的疏水“伞层”，提供对环境压力的极佳保护。
通过他们的立体互补协同策略（SCSS），据称解决了深层化学钝化与钙钛矿吸收体所需物理屏蔽之间的结构权衡，研究人员构建了叠层器件的顶层钙钛矿单元。
器件结构包括氧化铟锡（ITO）基底、由自组装单分子层4PADCB制成的空穴传输层（HTL）、钙钛矿吸收层、PMEAI钝化层，富勒烯（C60）的电子传递层（ETL），氧化锡（SnOx）缓冲层，以及银（Ag）金属电极。
在标准光照条件下测试，该器件实现了22.26%的功率转换效率，1.270 V的开路电压，21.50 mA/cm2的短路电流密度，填充因子为81.52%。学者们强调：“这一结果表明SCSS可以同时抑制非辐射复合并优化电荷传输。”
叠层电池采用钙钛矿器件和底部异质结（HJT）硅电池，实现了最大功率转换效率32.3%，认证效率为32.12%。
带有和不带SCSS的单结宽带隙钙钛矿太阳能电池（PSC）的J–V曲线。
钙钛矿/硅三结太阳能电池示意图。
钙钛矿顶电池在纹理化SHJ底电池上的SEM横截面图像。
光照下的J–V曲线。
有无SCSS的叠层器件的EQE光谱。
冠军叠层电池在25°C空气环境下的稳定功率输出。
在氮气环境下模拟1太阳光照（AM 1.5G）下，叠层器件在MPPT下的稳定性跟踪。
“这一性能是该技术中报告的前列之一，展示了我们方法的强大性能，”Li表示。“这些器件还表现出卓越的长期耐用性，在最大功率点跟踪下连续运行1000小时后，初始效率保持超过80%。这表明我们的策略不仅提升了效率，还显著提升了器件的使用寿命。”
该新电池设计文章标题《Steric-Complementary Synergistic Strategy for High-Efficiency Monolithic Perovskite/Silicon Tandem Solar Cells》，发表于《Advanced Functional Materials》期刊。
李总结道：“总之，我们的研究确立了基于立体互补性而具有普遍性的界面设计原理，为高效且运行稳定的钙钛矿串联光伏提供了有前景的路径。”
（消息来源：pv-magazine.com, Advanced Functional Materials）
