【儀表網 研發快訊】全鈣鈦礦串聯太陽能電池(TSCs)由寬帶隙(WBG, 1.7-1.8 eV)的頂部電池與窄帶隙(NBG, 1.2-1.3 eV)的底部電池組成，被認為是有望打破單結鈣鈦礦太陽能電池(PSCs)Shockley-Queisser (SQ)極限的一種方法。隨著亞電池和互連層的快速發展，TSC的認證功率轉換效率(PCE)已經達到了30.1%，作為具有成本效益的光伏(PV)技術顯示出巨大的商業化潛力。寬帶隙亞電池中NiOx與自組裝單分子層(SAMs)之間的界面接觸限制了TSC的效率和穩定性。在普通的強酸性磷酸自組裝單分子層(PA-SAM)中，強酸性磷酸(PA)錨定會腐蝕活性NiOx，影響器件的穩定性。此外，SAM聚集會導致界面損失和開路電壓(VOC)損失。
為了解決這一問題，中國科學院寧波材料技術與工程研究所葛子義研究員和劉暢研究員等人在前期鈣鈦礦太陽能電池研究的基礎上(Joule. 2024, DOI:10.1016/j.joule.2024.01.021; Adv. Mater. 2024, 36, 2309998; Adv. Mater. 2023, 2302752; Angew. Chem.Int. Ed. 2023, 135, e202217526; Energy Environ. Sci. 2022, 15, 3630; Adv. Mater.2024, 36, 2400852)，開發了一種創新策略，可以減低NiOx活性層被SAM層腐蝕的程度，并提高器件的效率和穩定性。
團隊將硼酸(BA)作為一種較溫和的錨定基團，通過強–BO2-–Ni配位吸附在NiOx上。苯并噻吩基團通過S-Ni軌道相互作用增強界面鍵，產生比PA-SAM更高的結合能。這種設計促進了均勻的SAM形成。借助這一策略，該團隊制造的WBG電池，其PCE提高至20.1%。當與窄帶隙(NBG)子電池集成時，雙端TSCs的PCE提升至28.5%，并且在1個太陽照射下，最大功率點跟蹤500h后保持初始PCE的90%，這一研究將顯著促進高性能串聯太陽能電池的發展，加速了這種先進太陽能電池技術的商業化進程。
該工作以“Less-acidic boric acid-functionalized self-assembled monolayer for mitigating NiOx corrosion for efficient all-perovskite tandem solar cells”為題發表在國際期刊Nature Communications(DOI: 10.1038/s41467-025-59515-6)。寧波材料所碩士生王景南、清華大學博士生焦博新和寧波材料所博士生田睿佳為該論文的共同第一作者，寧波材料所葛子義研究員、劉暢研究員為該論文的通訊作者。
上述工作得到了國家杰出青年科學基金(21925506)、國家自然科學基金(2243000169、U21A20331、81903743、22275004、2279151)、浙江省領雁計劃(2024C0109)等項目資助。
(a)雙端串聯太陽能電池的器件結構; (b)器件的SEM橫截面圖
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