Science：钙钛矿太阳能电池性能再次得到提升！

【导读】

 将高性能的宽禁带钙钛矿太阳能电池集成到硅太阳能电池上可以通过最小化载流子热损耗来获得非常高的功率转换效率(PCE)。 虽然最初的研究探索了n-i-p串联，但最近的工作集中在p-i-n构型，其中n型电子收集接触面向太阳，并通过器件光学和优化钙钛矿组成来提高性能。最近，注意力转向了钙钛矿和空穴传输层(HTL)之间的界面，以减少电压损失。方法包括NiOx的分子钝化和使用自组装单分子膜，如2PACz和Me-4PACz，固定在氧化物上，以减少V_oc的损失。

尽管取得了这些进展，但与理论辐射极限相比，最先进的PSCs，尤其是那些包含更宽带隙钙钛矿的PSCs(例如，经常用于串联应用的~1.68 eV)，具有较大V_oc亏损。这一问题主要源于大量的载流子复合和钙钛矿界面与电子传输层(ETL)的能级不匹配，其中最常见的是由蒸发C₆₀组成。在钙钛矿/C₆₀界面插入超薄的LiF层在一定程度上缓解了这一问题，但这可能导致器件的稳定性降低，这通常归因于Li盐的溶解行为和高离子扩散率。在单结p-i-n PSCs中，二维钙钛矿和一些通过溶液法制备的富勒烯衍生物已被用于钝化钙钛矿/C₆₀后界面。而p-i-n串联结构中钙钛矿/C₆₀界面朝向太阳，要求界面层透明度高、稳定性好、厚度控制好。

【成果掠影】

近日，沙特阿拉伯王国阿卜杜拉国王科技大学 (KAUST)Stefaan De Wolf教授团队发现在钙钛矿/C₆₀界面上，通过热蒸发形成1 nm厚的MgF_x夹层，可以很好地调节钙钛矿层的表面能，促进有效的电子提取，并将C₆₀从钙钛矿表面置换，减缓非辐射复合。这些效应使~1 cm²单片钙钛矿-硅串联太阳能电池的V_oc达到1.92伏，填充因子提高了80.7%，独立认证的稳定PCE达到29.3%。在湿-热测试(85摄氏度，85%相对湿度)1000小时后，串联保持了约95%的初始性能。相关成果以“Efficient and stable perovskite-silicon tandem solar cells through contact displacement by MgF_x”发表在Science上。

【数据概况】

图 1 界面结构和电子特性。

图 2 光致发光和瞬态吸收光谱。

图 3 光伏性能和伪合资特性稳定性测试。

图 4 稳定性测试。

【成果启示】

总而言之，作者通过在钙钛矿/C₆₀界面上，加入大约1 nm厚的MgF_x夹层，发现能够很好地调节钙钛矿层的表面能，促进有效的电子提取。而且MgF_x串联器件具有合理的封装方案，可以通过IEC 61215:2021标准的湿热测试协议。本工作的策略不仅使得钙钛矿-硅串联太阳能电池的性能得到大幅度提升，同时也为钙钛矿-硅串联太阳能电池的改进提供了一种新的思路。

参考文献：Liu, J.;  De Bastiani, M.;  Aydin, E.;  Harrison George, T.;  Gao, Y.;  Pradhan Rakesh, R.;  Eswaran Mathan, K.;  Mandal, M.;  Yan, W.;  Seitkhan, A.;  Babics, M.;  Subbiah Anand, S.;  Ugur, E.;  Xu, F.;  Xu, L.;  Wang, M.;  Rehman Atteq, u.;  Razzaq, A.;  Kang, J.;  Azmi, R.;  Said Ahmed, A.;  Isikgor Furkan, H.;  Allen Thomas, G.;  Andrienko, D.;  Schwingenschlögl, U.;  Laquai, F.; De Wolf, S., Efficient and stable perovskite-silicon tandem solar cells through contact displacement by MgF x. Science 0 (0), eabn8910.

https://doi.org/10.1126/science.abn8910