全鈣鈦礦串聯(lián)太陽(yáng)能電池通過(guò)將寬帶隙(~1.8 eV)和窄帶隙(~1.25 eV)鈣鈦礦子電池堆疊,展現(xiàn)出超越單結(jié)電池效率的巨大潛力,同時(shí)保留了溶液加工技術(shù)的低成本優(yōu)勢(shì)。然而,窄帶隙子電池中空穴傳輸層與鈣鈦礦界面處的非輻射復(fù)合損失嚴(yán)重制約了其光電轉(zhuǎn)換效率的提升。尤其是在鉛錫混合窄帶隙鈣鈦礦中,埋底界面的電荷復(fù)合問(wèn)題尤為突出。傳統(tǒng)的長(zhǎng)鏈胺類(lèi)鈍化策略雖能部分改善開(kāi)路電壓,但常因分子尺寸過(guò)大形成絕緣屏障,導(dǎo)致載流子傳輸受阻,從而降低填充因子和短路電流密度,限制了整體性能的進(jìn)一步提升。
鑒于此,南京大學(xué)譚海仁教授團(tuán)隊(duì)提出了一種偶極鈍化策略,有效降低了鉛錫混合鈣鈦礦埋底界面的陷阱密度,同時(shí)實(shí)現(xiàn)了HTL/鈣鈦礦界面的精確能級(jí)對(duì)齊。該策略通過(guò)引入具有23.58 D偶極矩的磺胺酸分子,在界面處形成定向偶極層,增強(qiáng)歐姆接觸,促進(jìn)空穴注入至HTL并排斥電子,從而抑制非輻射復(fù)合。實(shí)驗(yàn)表明,該策略將載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度延長(zhǎng)至6.2μm,使鉛錫鈣鈦礦單結(jié)電池效率達(dá)到24.9%,開(kāi)路電壓為0.911 V,短路電流密度為33.1 mA cm?2,填充因子為82.6%。此外,該策略有效緩解了串聯(lián)器件中互聯(lián)層引起的接觸損失,使全鈣鈦礦串聯(lián)太陽(yáng)能電池效率達(dá)到30.6%(認(rèn)證穩(wěn)定效率30.1%),創(chuàng)造了當(dāng)前該類(lèi)型器件的最高紀(jì)錄。相關(guān)研究成果以題為“All-perovskite tandem solar cells with dipolar passivation”發(fā)表在最新一期《nature》上。
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