香港理工李剛NE：底部接觸調制實現25.1%認證效率的無機鈣鈦礦/有機疊層太陽能電池

發表時間：2025-03-18 10:58

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在單片式鈣鈦礦/有機疊層太陽能電池領域，寬帶隙（WBG）CsPbI?Br鈣鈦礦面臨多重挑戰，主要包括結晶失控、高缺陷密度、能級匹配不佳及不穩定的相變，這些挑戰主要源于不利的底部界面接觸，進而引發能量損失和器件性能退化。為應對這些難題，香港理工大學李剛教授（Prof. LI Gang）、楊陽教授、任志偉教授帶領其團隊研究合成了酸性鎂摻雜的氧化錫量子點（M-SQDs），以優化WBG CsPbI?Br鈣鈦礦太陽能電池中的底部界面接觸，從而提升器件性能。

通過這一創新設計，他們實現了物理、化學、結構和能級特性的平衡，有效鈍化了缺陷，優化了能帶對齊，促進了鈣鈦礦薄膜的高質量生長，并緩解了器件的不穩定性問題。同時，他們還深入分析了由堿性氧化錫底部接觸引發的不穩定機制，強調了氧化錫溶液酸/堿性質對器件穩定性和性能的關鍵影響。

得益于這一突破，他們的WBG CsPbI?Br太陽能電池實現了19.2%的光電轉換效率（PCE），開路電壓高達1.44V。進一步地，鈣鈦礦/有機疊層太陽能電池（POTSCs）的PCE達到了25.9%（經第三方認證為25.1%），并在多種條件下展現出**的穩定性。這一成果不僅凸顯了串聯太陽能電池在高效利用太陽光譜、減少熱化損失及超越單結電池理論效率極限方面的優勢，還標志著鈣鈦礦基疊層太陽能電池技術的重大進步。

在POTSCs的開發中，他們采用了酸性鎂摻雜的氧化錫量子點（M-SQDs）墨水作為底部接觸調制手段。該墨水通過工程化界面，改善了能級匹配，鈍化了缺陷，增強了鈣鈦礦薄膜的生長，并減少了不穩定性。這一策略不僅將CsPbI?Br太陽能電池的PCE提升至19.17%，光電壓損失降低至0.43V，還推動了POTSCs性能的新高度，其PCE高達25.90%（經認證為25.08%），開路電壓為2.21V。

此外，該疊層器件在45°±5°C和70%濕度的條件下，經過1000小時的光照測試后，仍能保持85%的性能；在-40°C至85°C之間經過200次熱循環后，仍能保持95%的PCE。這些結果表明，通過創新的底部接觸調制策略，顯著提升了鈣鈦礦/有機疊層太陽能電池的效率和穩定性。

綜上所述，酸性鎂摻雜的氧化錫量子點（M-SQDs）作為底部接觸調制手段，在WBG CsPbI?Br鈣鈦礦太陽能電池中展現出了巨大的潛力。未來，將繼續探索更多創新的底部接觸調制策略，以期進一步提升鈣鈦礦/有機疊層太陽能電池的效率和穩定性，為鈣鈦礦太陽能電池技術的商業化應用提供有力支持，并為未來更高效、更穩定的太陽能電池技術的發展開辟新途徑。

文獻信息：

Inorganic perovskite/organic tandem solar cells with 25.1% certified efficiency via bottom contact modulation

Yu Han, Jiehao Fu, Zhiwei Ren, Jiangsheng Yu, Qiong Liang, Zhihang Xu, Xiyun Xie, Dongyang Li, Ruijie Ma, Menghua Cao, Yonggui Sun, Chen Yang, Jiaqi He, Xiaoming Chang, Kuan Liu, Patrick W. K. Fong, Jiaming Huang, Heng Liu, Zhike Liu, Dongfang Xu, Lei Cheng, Jiyao Zhang, Guang Yang, Xinhui Lu, Ye Zhu, Qidong Tai, Qianqian Lin, Hanlin Hu, Yang Yang & Gang Li

https://www.nature.com/articles/s41560-025-01742-8