AdvancedMaterials

第一作者：LinMao、Tian Yang、Hao Zhang

通讯作者：刘明侦教授

(资料图片仅供参考)

通讯单位：电子科技大学

DOI: 10.1002/adma.202206193

目前，传统硅太阳能电池效率逐步接近极限。钙钛矿作为一种价格低廉新型高性能光伏材料，可以和硅组成叠层电池，以较低的成本，大大提升电池的光电转化效率。目前，高性能钙钛矿/硅叠层电池往往对现有异质结硅底电池的硅片工艺、厚度、绒面尺寸、复合层材料等作出一定的改变。比如采用抛光底电池以兼容溶液法工艺，增加硅片厚度以弥补近红外波段吸收不足，使用微晶硅隧穿结替代传统ITO以减少大绒面上钙钛矿子电池漏电等。这些改变不可避免增加了成本，难以应用于大规模工业化生产中。

在本文中，作者采用-氧化镍/有机自组装层-复合空穴传输层策略。磁控溅射氧化镍能在大绒面表面均匀保型覆盖，避免了采用ITO作为复合层容易带来的漏电问题。带有磷酸基团的自组装层材料能均匀吸附在氧化镍表面：调控钙钛矿形貌，形成贯穿排列的钙钛矿晶粒；并降低氧化镍表面缺陷，形成良好的能带匹配。据此，作者基于商用化硅底电池（140微米厚CZ硅片，双面2-5微米尺寸大绒面，双面ITO透明电极）制备了钙钛矿/硅叠层太阳能电池，第三方认证光电转化效率为28.84%。

亮点解析

复合空穴传输层/钙钛矿薄膜的制备

在绒面底电池的ITO表面依次采用磁控溅射，旋涂的方法制备氧化镍和自组装层。然后采用气相/溶液两步法，先蒸镀一层碘化铅前驱体层，然后与混合阳离子溶液接触，加热反应生成钙钛矿。空穴传输层和钙钛矿层均能在大尺寸绒面上形成很好的保型覆盖。

复合空穴传输层的作用

自组装层材料（2PACz）能够与氧化镍表面的羟基结合。相比于与ITO（氧化铟锡）结合，单独作为空穴传输层，2PACz与氧化镍之间结合能更大，吸附更牢固。2PACz能够显著提高氧化镍表面的功函数，与钙钛矿间形成更匹配的能带关系。2PACz在绒面氧化镍上比在绒面ITO上显示出了额更好的均匀性。同时，在2PACz修饰过后的氧化镍上制备的钙钛矿比在单纯氧化镍上制备的钙钛矿具有更好的结晶性和更强的荧光寿命。

单结和叠层电池性能

基于复合空穴传输层制备的单结和叠层器件都展示了优于单独氧化镍和单独2PACz的光伏性能。其中叠层电池的认证效率达到了28.84%，这是目前基于大绒面底电池的最高效率。该工作采用完全可商用化底电池，并未对底电池结构做出调整；并且制备钙钛矿及相关功能层的工艺均可适配大面积、大规模工业生产。该工作将推动钙钛矿/硅叠层技术的产业化。

文献来源

Lin Mao, Tian Yang, Hao Zhang, Jianhua Shi, Yuchao Hu, Peng Zeng, Faming Li, Jue Gong, Xiaoyu Fang, Yinqing Sun, Xiaochun Liu, Junlin Du, Anjun Han, Liping Zhang, Wenzhu Liu, Fanying Meng, Xudong Cui, Zhengxin Liu* and Mingzhen Liu* Fully textured, production-line compatible monolithic perovskite/silicon tandem solar cells approaching 29% efficiency.Adv. mater. 2022.

DOI:

https://doi.org/10.1002/adma.202206193