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研究背景

寬帶隙鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（WBG-PSCs）是未來(lái)光伏技術(shù)的重要組成部分，尤其在鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽(yáng)能電池的開(kāi)發(fā)中具有關(guān)鍵作用。與傳統(tǒng)的單結(jié)太陽(yáng)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(diǎn)也不容忽視，特別是其表面缺陷豐富，這些缺陷會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的載流子重組、開(kāi)路電壓（VOC）損失和光誘導(dǎo)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(wèn)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(jiǎn)介

為了解決這一難題，華僑大學(xué)副校長(zhǎng)，國(guó)家杰出青年基金獲得者徐西鵬教授以及魏展畫(huà)、謝立強(qiáng)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(tuán)隊(duì)提出了一種新的表面重建方法，通過(guò)納米拋光去除鈣鈦礦薄膜表面缺陷豐富的晶體層，并對(duì)新暴露的高晶體質(zhì)量表面進(jìn)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(yīng)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(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該技術(shù)不僅提高了電池的充電收集能力，還增強(qiáng)了WBG鈣鈦礦的穩(wěn)定性，顯著提升了器件性能。

通過(guò)這一表面重建方法，研究團(tuán)隊(duì)成功實(shí)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(guò)與硅底部太陽(yáng)能電池的串聯(lián)，成功實(shí)現(xiàn)了四端口（4T）鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽(yáng)能電池，認(rèn)證效率達(dá)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(lái)高效光伏器件的開(kāi)發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

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研究亮點(diǎn)

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(guò)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(chǔ)。

2. 實(shí)驗(yàn)通過(guò)去除缺陷豐富的表面層并進(jìn)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(shí)，新的富Br表面層有效抑制了離子遷移和光誘導(dǎo)的相分離現(xiàn)象，顯著提升了器件的穩(wěn)定性。

3. 實(shí)驗(yàn)利用表面重建處理，研究人員成功制造了具有創(chuàng)紀(jì)錄的光電轉(zhuǎn)換效率的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池。不可見(jiàn)光鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的認(rèn)證效率達(dá)到了23.67%，半透明鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的認(rèn)證效率為21.70%。這些器件在1太陽(yáng)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(shí)驗(yàn)將表面重建處理的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池與混合背接觸硅底部太陽(yáng)能電池物理疊加，研究成功實(shí)現(xiàn)了四端口鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽(yáng)能電池，并達(dá)到了創(chuàng)紀(jì)錄的33.10%的認(rèn)證效率，進(jìn)一步證明了該表面重建方法在提升鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽(yáng)能電池效率中的潛力。

圖文導(dǎo)讀

圖1：鈣鈦礦薄膜經(jīng)過(guò)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(guò)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(yáng)能電池的表面工程中，表面缺陷的有效修復(fù)和能級(jí)調(diào)節(jié)是提升器件效率和穩(wěn)定性的關(guān)鍵。通過(guò)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(yīng)力，促進(jìn)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(zhǎng)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(yáng)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(yīng)用前景?？傮w而言，本文的研究為鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的表面工程設(shè)計(jì)提供了寶貴的指導(dǎo)，特別是在缺陷密度較高的材料中，為進(jìn)一步提升光伏器件的性能和穩(wěn)定性奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

文獻(xiàn)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(qǐng)注明來(lái)源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2024/12/09/cad99116b5/

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