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AFM:界面修饰的反式钙钛矿太阳能电池实现填充因子超过087
作者:管理员    发布于:2025-08-18 11:58   文字:【】【】【

  钙钛矿太阳能电池(PSCs)的功率转换效率(PCE)和长期稳定性很大程度上取决于空穴传输层(HTL)的形貌、化学和光电特性。氧化镍(NiOₓ)是目前最有效的HTL材料,但其高价镍物种与钙钛矿组分之间的强化学反应会导致界面缺陷、空穴传输效率低及化学不稳定性。鉴于此,厦门大学Bin-Wen Chen和福建师范大学安明伟、邢舟等人首次设计并合成了两种氨基封端的碗烯衍生物(Cor-A和Cor-AI),用于修饰NiOₓ/钙钛矿界面。实验结果表明,Cor-AI修饰的HTL显著提升了空穴传输动力学并降低了界面能量损失,使器件PCE超过25.8%,同时填充因子(FF)达到0.87,创下了NiOₓ基HTL器件的最高纪录。此外,器件的光照稳定性提升至1500小时以上,远优于未修饰的NiOₓ器件(约800小时)。这项研究为开发高效稳定的钙钛矿太阳能电池提供了新的界面修饰策略。

  设计并合成了两种氨基终端的Corannulene衍生物(Cor-A和Cor-AI),通过氢键和配位键与NiOx及钙钛矿层形成化学键合,显著增强界面稳定性。Cor-AI的垂直偶极矩(12.14 Debye)优化了能级对齐,降低界面能量损失(E_loss)。

  化学相互作用:Corannulene衍生物的Lewis碱性基团(如氨基、碘铵基)与NiOx的Lewis酸性Ni³⁺结合,抑制界面缺陷。

  能级调控:Cor-AI的HOMO能级(-5.24 eV)更接近钙钛矿的价带顶(-5.4 eV),促进空穴提取效率。

  器件在未封装条件下表现出优异稳定性:1500小时后保持80%初始效率,远超传统NiOx器件(800小时)。

  Corannulene修饰策略可直接提升NiOx基器件的FF和稳定性,推动钙钛矿电池向更高效率(26%)和长寿命(25年)发展,满足大规模光伏市场需求。

  倒置结构钙钛矿电池的柔性与Corannulene的溶液加工特性相结合,适用于智能穿戴设备(如健康监测贴片、可折叠电子设备),兼顾轻量化与高能量转换效率。

  钙钛矿电池的半透明性和色彩可调性(通过Corannulene衍生物分子设计)可集成于建筑立面或窗户,实现能源自供给与美学功能的统一。

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  本研究重庆大学凌旭峰、苏州大学马万里和袁建宇等人采用功能化偶极分子在钙钛矿/电子传输层界面实现强化接触钝化。此外,-CF的疏水性和强化接触钝化还提升了器件的存储与运行稳定性。该研究揭示了界面偶极分子结构对增强接触钝化和调控载流子动力学的重要性。文章亮点偶极工程突破效率瓶颈:通过-CF功能化偶极分子构建垂直排列的强偶极层,将p-i-n型PSCs效率提升至25.83%,Voc达1.176V,FF达0.847。

  目前仅少数二元体系突破20%效率,且依赖复杂形貌调控。南开大学陈永胜团队设计核不对称受体Ph-2F,实现二元器件效率20.33%,创不对称受体世界纪录。该设计通过协同调控形貌与能损,为产业化提供高稳定性新路径。EQE光谱响应扩展至894nm,积分电流误差3%。动力学曲线F体系激子解离时间(τ)仅0.121ps,扩散时间(τ)缩短至5.161ps,空穴转移效率达98.71%,为高效率提供动力学基础。

  针对这一问题,浙江大学陈红征团队创新性地采用三聚体受体TYT-S与分子静电势协同策略,成功优化低分子量聚合物PM6太阳能电池性能。该方案通过调控垂直相分布使激子解离位置向阴极偏移4.5nm,并延长分子预聚集时间33%,实现效率突破20.12%,较二元体系提升30%。深度精读图1:分子设计原理图1a展示PM6、Y6及三聚体TYT-S的化学结构,其中TYT-S的三臂设计是静电调控关键。

  文章概述本研究报道了一种新型的钙钛矿-硅串联太阳能电池结构,通过在工业纹理硅基底上构建类似冰山的金字塔形貌,实现了33.15%的认证转换效率。该研究为工业兼容的高效稳定钙钛矿-硅串联太阳能电池提供了新思路。SEM图像显示,传统ITS基底上钙钛矿无法完全覆盖金字塔尖端,而SiOx填充形成的冰山式结构使钙钛矿获得类似平面基底的均匀沉积。这些结果证实SiOx填充强化了金字塔谷底的界面质量,有效提升了器件稳定性。

  文章概述本文通过协同电子缺陷表面工程调控电子选择性分子层在钙钛矿太阳能电池中的应用。研究表明分子的电子性质比偶极取向对电子提取效率更具决定性作用。Figure3展示了不同钙钛矿薄膜的界面特性。顶部和埋入界面钙钛矿薄膜的功函数分布显示Bpy-CAA引起更明显的n型埋入界面和向下能带弯曲,有利于电子提取和空穴排斥。从TR光谱提取的归一化表面载流子动力学表明Bpy-CAA具有更短的载流子寿命,证明其更有效的电子提取。

  本研究中国科学院张丽萍,武汉大学余桢华、柯维俊和方国家等人通过在WBG钙钛矿前驱体中引入3,3-二氟吡咯烷盐酸盐和硫氰酸胍,设计了一种底部定向沉积的一维钙钛矿组装体,构建了异质结结构。最终,1.67eV的钙钛矿太阳能电池实现了1.284V的开路电压和23.29%的功率转换效率,在持续光照983小时后仍保持初始性能的90%。优化后的叠层器件VOC达到1.913V,稳态PCE为31.37%,为高效稳定的叠层光伏技术提供了新路径。

  具有可调带隙的宽带隙(WBG,≥1.60 eV)混合卤化物钙钛矿对于推进叠层光伏(PV)至关重要。然而,宽带隙钙钛矿太阳能电池性能损失严重,通常直接与卤离子迁移(HIM)有关。虽然抑制卤离子迁移的策略改善了器件性能,但卤离子迁移与器件性能之间的潜在关系仍然模糊且存在争议。

  浙江大学和浙江爱光太阳能科技的研究人员解释说,虽然钙钛矿-硅叠层光伏电池很有吸引力,但实现利用金字塔尺寸大于 2 μm 的工业纹理硅 (ITS) 的高效叠层架构仍然是一项重大挑战。这种纹理表面使后续空穴选择层沉积的均匀覆盖和钙钛矿的高质量沉积变得复杂,最终导致叠层器件的显著接触损耗。

  研究人员设计了一种钙钛矿结晶动力学调控模板,通过同步引入 SCN⁻和挥发性 NH₄⁺配体,实现了钙钛矿的快速成核与晶体生长抑制。由此制备出的高质量钙钛矿薄膜具有更大的晶粒尺寸、更优异的结晶度、有序的表面形貌以及得到补偿的残余应变。值得注意的是,在钙钛矿薄膜的埋层界面检测到的残留 SCN⁻配体还倾向于充当界面钝化剂。

  计算与实验分析表明:偕胺肟的氨基(-NH2)、羟基(─OH)和亚胺基(─C═N)可协同配位Pb2+调控结晶过程,而吡啶单元通过卤素-氮(halogen–N)配位有效键合碘分子(I2)以抑制碘相关缺陷。相较于2-PyA和4-PyA,间位取代的3-PyA因空间位阻效应更小且吸电子能力更弱,表现出更显著的相互作用。

  解决钙钛矿太阳能电池的效率和长期稳定性限制源于晶体缺陷以及界面能级错位,中国研究人员设计了双二硫化物作为钙钛矿和电子传输层界面处的多功能界面改性剂。频闪散射显微镜显示,SF处理薄膜具有优异的长期载流子动力学,在环境空气中2000小时后仍保留其初始最大载流子扩散系数的~86%,远远超过参考器件。值得注意的是,在环境储存三个月后,SF改性钙钛矿薄膜的平均载流子扩散系数比对照组高出约3倍,强调钙钛矿薄膜质量的增强。

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