寧波材料所葛子義Nat. Commun：2T all-PTSC效率28.5%！低酸性硼酸功能化SAM緩解NiOx腐蝕

主要內容：

中科院寧波材料所 葛子義教授、劉暢教授帶領團隊開展研究，發現寬帶隙（WBG）子電池中氧化鎳（NiOx）與自組裝單分子層（SAMs）的界面接觸狀況，對全鈣鈦礦疊層太陽能電池（TSCs）的效率與穩定性起著關鍵限制作用。具體而言，常見磷酸（PA）自組裝單分子層（PA-SAMs）所含的強酸性磷酸錨定基團，會對具有反應活性的氧化鎳產生腐蝕作用，進而損害器件的穩定性。此外，SAMs的聚集現象還會引發界面損耗，并導致開路電壓（VOC）出現明顯損失。

針對上述問題，研究團隊引入硼酸（BA）作為更為溫和的錨定基團。該基團能夠通過強力的–BO??–Ni配位作用，化學吸附于氧化鎳表面。同時，一種苯并噻吩融合的頭基借助硫（S）–鎳（Ni）軌道相互作用，增強了界面鍵合強度，其結合能高于磷酸（PA）自組裝單分子層（PA-SAMs）。這種創新設計不僅促進了SAMs的均勻形成，有效避免了聚集現象的發生，還顯著提升了器件性能。*終，寬帶隙電池的光電轉換效率（PCE）成功提升至20.1%。當該電池與窄帶隙（NBG）子電池集成后，兩端（2T）疊層太陽能電池的PCE更是達到了28.5%。并且在1個太陽光照強度下進行**功率點跟蹤（MPP）測試500小時后，仍能保持初始PCE的90%，展現出優異的穩定性。

總結而言，研究團隊通過使用混合自組裝單分子層（S-BA-SAM: Me-4PACz?=?4:1, molar ratio）進行埋底界面工程，對WBG子電池和TSCs的性能產生了顯著影響。團隊深入探究了BA-SAM中硼酸錨定基團與NiOx之間的相互作用，以及共軛π核與甲脒陽離子（FA?）之間的相互作用機制。

基于這些研究，團隊成功改善了空穴傳輸層（HTL）/鈣鈦礦之間的界面接觸狀況，有效抑制了WBG鈣鈦礦薄膜中存在的相分離現象。得益于這些改進，開路電壓（VOC）和填充因子（FF）等關鍵參數均得到了顯著提升。與對照器件相比，經過修飾的兩種器件在光照和熱穩定性方面均表現出顯著優勢。這一研究成果為鈣鈦礦光伏領域的進一步發展和優化提供了寶貴的見解和思路。

文獻信息：

Less-acidic boric acid-functionalized self-assembled monolayer for mitigating NiOx corrosion for efficient all-perovskite tandem solar cells

Jingnan Wang, Boxin Jiao, Ruijia Tian, Kexuan Sun, Yuanyuan Meng, Yang Bai, Xiaoyi Lu, Bin Han, Ming Yang, Yaohua Wang, Shujing Zhou, Haibin Pan, Zhenhuan Song, Chuanxiao Xiao, Chang Liu & Ziyi Ge

https://www.nature.com/articles/s41467-025-59515-6

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