高性能钙钛矿太阳能电池

钙钛矿/ 硅叠层太阳能电池是突破单结电池效率极限的核心技术路径，其中宽带隙（WBG）钙钛矿顶电池的性能直接决定叠层器件的最终表现。为匹配硅底电池的电流输出，宽带隙钙钛矿需引入高溴含量和Rb 合金化，但这会导致结晶动力学过快、相分离严重，形成δ-RbPbI₃等非钙钛矿副相，大幅降低器件效率与稳定性。

金属卤化物钙钛矿-硅叠层太阳能电池为突破单结器件的效率极限提供了有前景的路径，其中宽带隙（WBG）钙钛矿顶电池的优化仍是关键。

钙钛矿缺陷和较差的底部界面极大地限制了无机卤化铯钙钛矿太阳能电池的稳定性和效率。研究发现，AAESA分子与CsPbIBr前驱体成分之间的相互作用减缓了钙钛矿的结晶速率，从而制备出具有更高晶体质量和更大晶粒的CsPbIBr钙钛矿薄膜。由此制备的具有碳电极的平面CsPbIBr钙钛矿太阳能电池的效率达到了10.89%。

在这项工作中，作者提出了一个数据驱动、算法指导的实验框架，用于系统优化PSCs的性能。在高性能钙钛矿太阳能电池优化中，数据驱动方法面临诸多挑战，优化算法可以作为一种系统化的方法，用于指导数据收集并在无需大量数据的情况下识别最佳设计。在此，科学家报道了DFO算法指导实验的成功应用，该方法系统地优化了PSCs器件堆栈多层中的多达六个工艺变量。

自组装单分子层作为空穴传输层使倒置钙钛矿太阳能电池的能量转换效率超越了传统电池设计。然而，同时提升自组装分子层的质量与能级排列，并优化其与钙钛矿层在埋底界面的相互作用仍具挑战。经BFS修饰的倒置钙钛矿太阳能电池实现了26.16%的能量转换效率，填充因子高达86.06%，优于对照组器件的24.49%。本研究为开发低成本、高性能钙钛矿太阳能电池提供了一种新型界面修饰策略。

近日，北京大学深圳研究生院新材料学院杨世和教授团队联合北京航空航天大学、北京理工大学等单位的研究人员提出了一种可扩展的气相后处理策略，实现了对大面积钙钛矿薄膜均匀有效的钝化，显著提升了全印刷碳基模组的光电转换效率与长期稳定性。该研究成果已被NaturePhotonics期刊接收发表。总之，气相处理有效实现了对大面积钙钛矿薄膜表面缺陷的均匀钝化，抑制了非辐射复合，加快了电荷提取，进而显著提高了电池模组效率。

残余应力会导致钙钛矿晶格畸变，进而形成位错、空位等局域缺陷，这些缺陷作为非辐射复合中心严重影响钙钛矿薄膜的稳定性。此外，该器件在1.55eV带隙的同类PSC中实现了最低的开路电压损失，并展现出优异的长期稳定性。这些成果为钙钛矿薄膜的埋底界面修饰和高效柔性PSC的制备提供了一条有前景的路径。

在无机空穴传输材料上沉积的钙钛矿薄膜质量长期以来限制了相应器件的性能。基于CuCoO的冠军器件实现了26.70%和25.07%的高功率转换效率。异相成核与外延生长机制：CuCoO与钙钛矿之间近乎完美的晶格匹配促进了高质量钙钛矿薄膜的形成，显著降低了缺陷密度与残余应变。

实现均匀且稳定的空穴传输层对于大面积钙钛矿太阳能电池至关重要。本研究提出了一种集成HTL策略，在NiOx合成过程中进行原位SAMs锚定，形成一种可扩展、高性能且耐用的HTL。参考消息来源NatureCommunications为应对这些挑战，科学家提出了一种基于原位SAMs协调NiOx纳米颗粒的创新型集成HTL策略。更重要的是，集成HTL中SAMs的强锚定效应进一步提高了器件的运行稳定性。

自组装分子作为空穴选择层在钙钛矿太阳能电池中取得了巨大成功。然而，有效调控杂化自组装分子在氧化铟锡衬底上的吸附构型仍具挑战，这直接影响其取向与均匀性。增强埋底界面质量与电荷传输：BSCA共组装诱导的垂直排列促进更致密、均匀的SAM覆盖，提升钙钛矿结晶质量，加快电荷提取并有效抑制非辐射复合。