最新AM：认证效率29.2%，基于透明原位钝化触点的钙钛矿/硅叠层太阳能电池

 

钙钛矿/硅串联太阳能电池因其高功率转换效率（PCE）而备受关注。然而，n-i-p结构的钙钛矿/硅串联电池在空穴传输层（HTL）方面存在光学缺陷和内在不稳定性问题，限制了其进一步发展。本文提出了一种简约的透明空穴选择性接触层，通过将可交联的p型小分子集成到反溶剂中，实现了钙钛矿的原位封装，显著提高了电池的效率和稳定性。

 

 

n-i-p结构与p-i-n结构：钙钛矿太阳能电池通常采用n-i-p（电子传输层ETL先沉积）或p-i-n（空穴传输层HTL先沉积）两种结构。n-i-p结构的单结钙钛矿太阳能电池效率记录大多在2024年之前实现，而最高效的钙钛矿/硅串联太阳能电池大多采用p-i-n结构。

 

内部封装策略——内部封装的实现方法

 

钙钛矿薄膜的旋涂过程中，将VNPB添加到氯苯反溶剂中。

 

通过150°C的热处理，触发VNPB分子中苯乙烯基团的交联反应，形成一层致密的封装层。

 

封装层不仅保护钙钛矿免受外部应力（如湿度、热和紫外光）的影响，还通过形成梯度异质结（GHJ）优化了载流子传输路径。内部封装策略——封装层的影响

 

内部封装对钙钛矿薄膜形成的影响

 

 

SEM和光学显微镜分析：对照组的钙钛矿薄膜表面光滑，但存在明显的PbI₂残留和清晰的晶界；封装组的钙钛矿薄膜表面形成高密度的褶皱结构，晶界模糊且无明显的PbI₂残留，表明VNPB添加剂在结晶过程中被排挤到晶界和表面，形成了均匀的封装层。

 

结晶性提升：封装组的钙钛矿薄膜显示出更高的结晶度，晶粒尺寸从310 nm增加到510 nm。封装组的钙钛矿薄膜具有更窄的（100）峰半高宽和更高的（100）/PbI₂峰强度比，进一步证实了其结晶性的提升。

 

TOF-SIMS和XPS深度剖面分析：VNPB封装层在钙钛矿表面形成了梯度分布，与钙钛矿层有明显的空间重叠。XPS深度剖面分析进一步证实了封装层的梯度分布，表明其与钙钛矿形成了梯度异质结。防水性和热稳定性：封装组的钙钛矿薄膜表现出更高的水接触角，表明其具有优异的防水性。热稳定性测试显示，封装组的钙钛矿薄膜在85°C下经过1000小时后仍保持较高的结晶度，表明其具有优异的热稳定性。紫外稳定性：封装组的钙钛矿薄膜在紫外光照下表现出更高的稳定性，表明VNPB封装层有效抑制了紫外光引起的降解。载流子动力学

 

简约空穴选择性接触层中的载流子动力学

 

 

稳态光致发光（PL）光谱：封装组的PL强度显著降低，表明VNPB封装层有效促进了载流子从钙钛矿到封装层的转移，显著提高了钙钛矿的载流子提取效率。超快瞬态吸收（TA）光谱：封装组的TA光谱显示，GSB信号蓝移且衰减时间缩短，表明VNPB封装层显著提高了空穴提取效率。封装层对空穴提取的促进作用，表明封装层能够有效减少非辐射复合。紫外光电子能谱（UPS）分析：封装组的价带最大值（VBM）向高能方向移动，表明VNPB封装层优化了钙钛矿表面的能带对齐。加MoOₓ缓冲层后，钙钛矿表面的功函数（WF）进一步增加，表明MoOₓ的引入形成了p型表面，进一步提高了空穴选择性。单结和串联电池的性能

 

单结钙钛矿太阳能电池的光伏性能和稳定性

 

 

J-V曲线显示，封装后的电池实现了19.6%的稳定PCE，显著高于未封装的对照组。

 

双面电池的EQE曲线和反射率曲线显示，高透明度的原位钝化触点和较薄的IZO后电极显著降低了反射率，提高了后照模式下的光吸收效率。这种设计优化了双面电池的性能，实现了高达101.4%的双面性，创下了新纪录。

 

稳定性测试表明，封装后的电池在热、紫外和操作稳定性方面均有显著提升。

 

钙钛矿/硅串联太阳能电池的光伏性能和稳定性

 

 

J-V曲线显示，串联电池获得了29.2%的认证效率（稳定效率为28.9%），这是n-i-p结构钙钛矿/硅串联电池中的最高认证效率。

 

外量子效率（EQE）光谱显示，显示出良好的光谱匹配，表明简约接触层优化了光吸收和载流子收集效率，封装层显著提高了电池的光电流响应。

 

长期稳定性测试表明，封装后的串联电池在连续运行177小时后保持了96.1%的初始效率，显著优于传统HTL的电池。

 

 

综上所述，本研究通过将可交联的p型小分子VNPB集成到反溶剂中，成功构建了一种高效、透明且稳定的空穴选择性接触层。这种简约的内部封装策略不仅显著提高了钙钛矿薄膜的结晶性和稳定性，还减少了非辐射复合，实现了19.6%的稳定效率，双面电池展示了101.4%的创纪录双面性，而单片钙钛矿/硅串联太阳能电池更是达到了29.2%的认证效率，刷新了n-i-p结构钙钛矿/硅串联电池的效率纪录。美能QE量子效率测试仪

 

 

 

美能QE量子效率测试仪可以用来测量太阳能电池的光谱响应，并通过其量子效率来诊断太阳能电池存在的光谱响应偏低区域问题。它具有普遍的兼容性、广阔的光谱测量范围、测试的准确性和可追溯性等优势。

 

• 兼容所有太阳能电池类型，满足多种测试需求

 

• 光谱范围可达300-2500nm，并提供特殊化定制

 

氙灯+卤素灯双光源结构，保证光源稳定性

 

 

在研究过程中，美能QE量子效率测试仪可以对电池的光电性能进行了精确表征。测试结果显示，封装组的钙钛矿太阳能电池在可见光和近红外范围内的外量子效率（EQE）显著提升，充分验证了封装层的高透明性和优异的光学性能。

 

原文出处：Hole-selective Transparent In Situ Passivation Contacts for Efficient and Stable n–i–p Graded Perovskite/Silicon Tandem Solar Cells

 

 

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