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研究背景

寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池（WBG-PSCs）是未來光伏技術的重要組成部分，尤其在鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽能電池的開發(fā)中具有關鍵作用。與傳統(tǒng)的單結(jié)太陽能電池相比，WBG-PSCs具有更高的帶隙，使其能夠有效吸收高能光譜，從而提高整體效率。然而，WBG-PSCs的缺點也不容忽視，特別是其表面缺陷豐富，這些缺陷會導致嚴重的載流子重組、開路電壓（VOC）損失和光誘導相分離，從而大大限制了器件的性能和穩(wěn)定性。為了解決這些問題，研究人員面臨著如何改善表面質(zhì)量、減少缺陷并提高界面穩(wěn)定性的挑戰(zhàn)。

成果簡介

為了解決這一難題，華僑大學副校長，國家杰出青年基金獲得者徐西鵬教授以及魏展畫、謝立強等人在Nature Communications期刊上發(fā)表了題為“Surface reconstruction of wide-bandgap perovskites enables efficient perovskite/silicon tandem solar cells”的最新論文。該團隊提出了一種新的表面重建方法，通過納米拋光去除鈣鈦礦薄膜表面缺陷豐富的晶體層，并對新暴露的高晶體質(zhì)量表面進行鈍化。這一方法有效改善了鈣鈦礦與電子傳輸層（如C60）的界面接觸，釋放了薄膜內(nèi)部的殘余晶格應變，并形成了富Br的鈣鈦礦表面層，從而抑制了界面載流子損失和離子遷移現(xiàn)象。實驗結(jié)果表明，該技術不僅提高了電池的充電收集能力，還增強了WBG鈣鈦礦的穩(wěn)定性，顯著提升了器件性能。

通過這一表面重建方法，研究團隊成功實現(xiàn)了鈣鈦礦單結(jié)電池的最高效率為23.67%，半透明電池為21.70%，并且通過與硅底部太陽能電池的串聯(lián)，成功實現(xiàn)了四端口（4T）鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽能電池，認證效率達到了33.10%。該研究為WBG-PSCs的性能提升和穩(wěn)定性解決方案提供了新的思路，并為未來高效光伏器件的開發(fā)奠定了基礎。

認證33.10%！他，「國家杰青」，雙一流副校長，新發(fā)Nature子刊！

研究亮點

1. 研究首次采用濕式納米拋光方法去除1.67 eV寬禁帶鈣鈦礦（WBG）薄膜的缺陷豐富表面，并通過后續(xù)的鈍化處理，成功暴露出高結(jié)晶度的表面。這一表面重建策略有效改善了鈣鈦礦薄膜的表面形貌和結(jié)晶質(zhì)量，為后續(xù)的光電性能提升提供了良好的基礎。

2. 實驗通過去除缺陷豐富的表面層并進行鈍化處理，研究表明，表面重建策略能夠改善鈣鈦礦與電子傳輸層（如C60）的接觸，減少界面載流子損失，提高電荷收集效率。同時，新的富Br表面層有效抑制了離子遷移和光誘導的相分離現(xiàn)象，顯著提升了器件的穩(wěn)定性。

3. 實驗利用表面重建處理，研究人員成功制造了具有創(chuàng)紀錄的光電轉(zhuǎn)換效率的鈣鈦礦太陽能電池。不可見光鈣鈦礦太陽能電池的認證效率達到了23.67%，半透明鈣鈦礦太陽能電池的認證效率為21.70%。這些器件在1太陽照射下保持了80%的初始效率，表明了優(yōu)異的操作穩(wěn)定性。

4. 實驗將表面重建處理的鈣鈦礦太陽能電池與混合背接觸硅底部太陽能電池物理疊加，研究成功實現(xiàn)了四端口鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽能電池，并達到了創(chuàng)紀錄的33.10%的認證效率，進一步證明了該表面重建方法在提升鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽能電池效率中的潛力。

圖文導讀

圖1：鈣鈦礦薄膜經(jīng)過納米拋光處理后的形貌和結(jié)晶度變化。

圖2：WBG鈣鈦礦薄膜的表征。

圖3：納米拋光處理的鈣鈦礦薄膜及鈣鈦礦/C60界面的性能。

圖4：基于表面重建處理的WBG鈣鈦礦器件的光伏性能。

結(jié)論展望

本研究通過表面重構(gòu)方法成功改善了鈣鈦礦薄膜的表面質(zhì)量，顯著提升了其光電性能和穩(wěn)定性，特別是在高缺陷密度的寬帶隙鈣鈦礦（WBG-PSCs）中表現(xiàn)突出。在鈣鈦礦太陽能電池的表面工程中，表面缺陷的有效修復和能級調(diào)節(jié)是提升器件效率和穩(wěn)定性的關鍵。通過去除富I的鹵素成分并生成富Br表面，不僅減少了離子遷移，還有效釋放了殘余應力，促進了器件性能的提升。這一策略不僅適用于WBG-PSCs，也為更大面積器件的高效性和長期穩(wěn)定性提供了新的解決方案。

此外，4T鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽能電池的成功制備，證明了表面重構(gòu)方法在多層次器件中的可行性，拓展了鈣鈦礦與硅的串聯(lián)應用前景。總體而言，本文的研究為鈣鈦礦太陽能電池的表面工程設計提供了寶貴的指導，特別是在缺陷密度較高的材料中，為進一步提升光伏器件的性能和穩(wěn)定性奠定了堅實基礎。

文獻信息

Fang, Z., Deng, B., Jin, Y. et al. Surface reconstruction of wide-bandgap perovskites enables efficient perovskite/silicon tandem solar cells.

原創(chuàng)文章，作者：zhan1，如若轉(zhuǎn)載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.zzhhcy.com/index.php/2024/12/09/cad99116b5/

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