华中大陈炜Nat. Commun.：认证29.5%!巯基功能化支架改善钙钛矿埋底界面以提升叠层光伏器件性能
2025-05-30
主要内容
叠层光伏技术凭借其突破单结太阳能电池效率极限的巨大潜力，正成为光伏领域的研究热点与未来发展方向。然而，子电池埋底界面存在的有害结构缺陷以及化学反应问题，始终是制约集成叠层电池性能提升、阻碍其商业化应用的关键难题。
针对这一行业痛点，华中科技大学武汉光电国家研究中心的陈炜教授带领其科研团队，创新性地将巯基功能化的介孔二氧化硅层引入作为埋底界面的超结构修饰层。
这一创新设计能够精准调控锡铅钙钛矿薄膜的结晶生长过程，有效消除纳米孔洞，钝化界面缺陷，并显著抑制锡（II）的氧化，从而大幅降低电荷载流子在传输过程中的损失，显著提升正本征负（PIN）结构器件在长期运行过程中的稳定性。得益于这一突破性的设计，团队制备的锡铅钙钛矿单结电池展现出了**的光电转换性能，效率值*达23.7%，**开路电压达到0.89伏特（V）。进一步地，利用这些性能显著提升的子电池，团队成功构建了双结叠层电池。该叠层电池在太阳能电池测试标准下效率值达到了29.6%（经认证效率为29.5%，稳态效率为28.7%），而在11.3平方厘米（cm²）的微型组件上，效率值也达到了24.7%，充分展示了其在大面积应用中的潜力。尤为值得一提的是，封装后的叠层电池在模拟太阳光照条件下进行**功率点跟踪测试长达445小时后，仍能保持其初始效率的90%，这一结果充分彰显了其出色的长期运行稳定性和可靠性。
在热稳定性测试方面，团队同样取得了令人瞩目的成果。基于MSN-SH（即（3-巯基丙基）三甲氧基硅烷功能化）的器件在85°C*温老化条件下，经过150小时后仍能保持其初始光电转换效率（PCE）的82%，而对照器件在相同条件下仅能维持其初始PCE的43%。此外，团队还在标准环境条件下对封装后的叠层电池进行了连续模拟AM1.5G光照下的**功率点跟踪（MPPT）测试。结果显示，基于MSN-SH的叠层电池在持续运行超过430小时后，仍能保持其初始效率的90%以上，远超对照电池在325小时后仅能保持75%的初始效率。封装后的MSN-SH微型组件在连续运行超过290小时后，也能保持其初始效率的80%以上，进一步验证了这一设计策略在提升器件热稳定性和长期运行可靠性方面的显著效果。
综上所述，陈炜教授及其团队所展示的（3-巯基丙基）三甲氧基硅烷功能化支架，为沉积*质量的窄带隙（NBG）Sn-Pb钙钛矿薄膜提供了一种全新的解决方案，并成功实现了埋底界面无纳米孔洞的目标。所得薄膜不仅显著减少了结构缺陷，还有效抑制了离子迁移，释放了晶格应变，并*小化了界面复合现象。通过优化埋底界面，团队所获得的NBG钙钛矿太阳能电池（PSC）开路电压（Voc）*达0.89 V，PCE达到了23.7%。同时，团队还证明，这种埋底界面修饰方法对于制备带隙为1.77电子伏特（eV）的宽带隙（WBG）PSC同样具有显著效果，实现了开路电压为1.33 V、PCE*达20.6%的优异性能。借助这些性能显著提升的子电池，集成后的全钙钛矿叠层电池已展现出认证PCE为29.5%（认证稳态PCE为28.7%）以及显著增强的稳定性。他们坚信，这一创新设计策略将为开发能够**调控太阳能电池及其他光电设备埋底界面的功能性超结构提供宝贵的思路和启示，并有力推动光伏技术的持续进步与商业化应用。
文献信息
Mercapto-functionalized scaffold improves perovskite buried interfaces for tandem photovoltaics
Jianan Wang, Shuaifeng Hu, He Zhu, Sanwan Liu, Zhongyong Zhang, Rui Chen, Junke Wang, Chenyang Shi, Jiaqi Zhang, Wentao Liu, Xia Lei, Bin Liu, Yongyan Pan, Fumeng Ren, Hasan Raza, Qisen Zhou, Sibo Li, Longbin Qiu, Guanhaojie Zheng, Xiaojun Qin, Zhiguo Zhao, Shuang Yang, Neng Li, Jingbai Li, Wei Chen
https://www.nature.com/articles/s41467-025-59891-z
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