【儀表網 研發快訊】兩端口鈣鈦礦/硅疊層太陽電池的功率轉換效率(PCE)已飆升至35.0%，已突破單結太陽電池理論極限。盡管如此，相對于其45.1%的理論極限效率，仍有相當大的改進空間，尤其是在寬帶隙鈣鈦礦頂電池方面。在疊層電池中，寬帶隙鈣鈦礦頂電池的開路電壓和填充因子仍顯著低于窄帶隙鈣鈦礦電池，其根本原因在于鈣鈦礦與載流子傳輸層界面存在嚴重的載流子復合及能級失配問題，尤其是在鈣鈦礦/C60界面。
近期，中國科學院寧波材料技術與工程研究所光電信息材料與器件實驗室高效太陽能電池及寬禁帶半導體團隊在葉繼春研究員的帶領下，在前期晶體硅和鈣鈦礦太陽電池研究的基礎上(Nat. Energy 2025, 10, 737; Nat. Energy, 2023, 8; Joule 2022, 6, 2644; Nat. Commun. 2024, 15, 8453; Nat. Commun. 2023, 14, 2166; Adv. Mater. 2023, 35, e2211962; Adv. Energy Mater. 2024, 2403021; Adv. Funct. Mater. 2024, 34; Sci. Bull. 2024, 69, 1887; ACS Energy Lett. 2024, 9, 4018; Nano Energy 2022, 100, 107529; ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 14, 52223; Adv. Energy Mater. 2023, 13, 2203006; J. Mater. Chem. A, 2023,11, 6556; Adv. Funct. Mater. 2023, 2304708; Adv. Energy Mater. 2023, 13, 2203006.)，在高效鈣鈦礦/硅疊層電池領域取得了新的進展。該團隊設計合成了一種兼具路易斯酸堿官能團的高極性籠狀二胺氯化物來減少鈣鈦礦薄膜缺陷和調控界面偶極，從而抑制非輻射復合和優化表面能級排列。同時，這種獨特的籠狀陽離子能誘導形成具有自發面內取向的純相、準二維鈣鈦礦，并展現出顯著的鐵電效應，可進一步降低鈣鈦礦表面功函數以促進載流子分離與提取?；诖?，0.1cm2和1.21cm2的1.68eV鈣鈦礦單結太陽能電池分別獲得了22.6%和21.0%的PCE。此外，基于隧穿氧化物鈍化接觸的1.0cm2兩端口鈣鈦礦/硅疊層太陽電池實現了31.1%的PCE，并表現出良好的工作穩定性(ISOS-L-1，T85>1020h)。鐵電界面物理特性為高效穩定的鈣鈦礦基疊層光伏技術開辟了全新可能性。
相關成果以“Minimizing interfacial energy losses via multifunctional cage-like diammonium molecules for efficient perovskite/silicon tandem solar cells”為題發表于Nature Communications(DOI:10.1038/s41467-025-63720-8)上。寧波材料所博士后李鑫為第一作者，應智琴副研究員，楊熹副研究員和葉繼春研究員為共同通訊作者。該研究得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、浙江省自然科學基金白馬湖實驗室聯合基金、浙江省重點研發計劃、中國博士后科學基金、寧波市重點研發計劃、浙江省自然科學基金等項目支持。
圖1 基于籠狀二胺氯化物界面優化的鈣鈦礦/硅疊層太陽電池的J-V曲線
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