钙钛矿太阳电池自2009年诞生以来，经过十几年的发展，其光电转换效率提高至26.1%，且钙钛矿吸收层带隙可调，能与晶体硅、铜铟镓硒、碲化镉、窄带隙钙钛矿、有机薄膜形成叠层电池，进一步将光伏器件的光电转换效率提升至30%以上，被认为是最具潜力的下一代太阳能光伏发电技术。

目前，无论钙钛矿单结电池，还是钙钛矿/晶硅叠层电池均已进入产业化初期阶段。然而，尽管钙光电转换效率已经达到产业化的要求，但进一步提高钙钛矿电池的效率和稳定性仍然是科研人员关注的焦点。

近日，深圳技术大学唐泽国副教授课题组联合北京工业大学严辉教授、张永哲教授、郑子龙教授课题组，福建金石能源股份有限公司在钙钛矿电池效率、稳定性与三端全钙钛矿叠层电池方面取得了一系列突破，研究成果发表在国际著名期刊上。

反式钙钛矿太阳电池中冠醚修饰机理的研究

钙钛矿表面自由阳离子，如未配位的Pb2+和FA+，构成了主要的界面缺陷，这些正电荷缺陷不仅在导带附近形成深能级缺陷引起非辐射复合损耗和开压损失，在库仑作用驱动下还可诱导卤素阴离子从钙钛矿体内析出，降低器件长期稳定性。此外，钙钛矿层表面残留的PbI2在光照或加热下发生反应生成I2和难以挥发的Pb0形成深能级捕获态，严重阻碍载流子输运效率。针对该问题，深圳技术大学唐泽国副教授课题组联合北京工业大学郑子龙教授课题组研究发现，在反式钙钛矿与电子传输层的界面处引入新型冠醚分子钝化上述正电荷缺陷。Pb2+是路易斯软酸，而氧原子为路易斯硬碱。含氧原子的冠醚通过路易斯酸碱作用成为钝化这些正电荷缺陷的理想配体。研究团队不仅探讨了冠醚中氧原子的作用，还研究了冠醚周围其他分子结构单元对于钝化效果的影响。通过深入理解这些冠醚分子如何作用于钙钛矿材料，提出了一系列新的分子设计思路，提升了基于冠醚的钙钛矿电池的性能和稳定性，为反式钙钛矿电池性能改善提出了一种新思路。

图1. (a) 反式PSCs的SEM截面图；(b-c) 电池参数；(d) 开路电压光强依赖性；(e) 暗态下纯电子器件的空间电荷限制电流；(f) DLCP测量缺陷的空间分布；(g) EL光谱；(h) EQEEL光谱，插图为PSC的ΔV3损耗；(i) 在模拟AM 1.5 G光照下最佳器件的J-V曲线。

文章在著名期刊ACS Energy Letters(IF：22.0；中科院1区)上以“Understanding the Role of Crown Ether Functionalization in Inverted Perovskite Solar Cells”为题在线发表。深圳技术大学为论文第一完成单位，新材料与新能源学院2021级交流研究生隋玉洁、周文才为论文第一作者，唐泽国副教授为第一通讯作者，北京工业大学郑子龙教授为共同通讯作者。新材料与新能源学院韩培刚讲席教授、Danish Khan助理教授、唐俊助理教授、杨帆助理教授为论文共同作者。该项研究获得国家重点研发计划政府间国际科技创新合作项目、深圳技术大学高端人才启动经费项目的资助。

全文链接：

https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsenergylett.3c02322

自组装单层的离子偶极作用：

反式钙钛矿太阳能电池埋底界面的新策略

氧化镍（NiOx）是反式钙钛矿太阳电池中最具量产潜力的空穴传输层（HTL）材料。但是，钙钛矿和NiOx之间存在大量的界面缺陷，导致该界面处较高的非辐射复合损失、氧化还原反应等。为了解决这个问题，研究人员通常引入自组装单分子层（SAM）作为钝化层以钝化缺陷和抑制非辐射复合。SAM的偶极矩增加了NiOx的功函数，降低了界面势垒，这对提高空穴传输性能至关重要。然而，SAM材料对埋底界面的钝化效果与SAM偶极矩、自组装方向息息相关。为了增强SAM的偶极矩，深圳技术大学唐泽国副教授与北京工业大学的郑子龙教授、张永哲教授合作，在SAM和钙钛矿层之间引入了离子层KF，通过离子-偶极相互作用来增强SAM的偶极矩，偶极矩的增加导致HTL功函数的提升，进而使HTL与钙钛矿的VBM的能级差降低，使得钙钛矿中的空穴被更有效地提取并转移至HTL。此外，F-的高电负性所造成的电子转移使NiOx的电导率增加，最终实现反式钙钛矿太阳能电池的23.25%效率，未封装的器件在氮气下老化1400小时后保持了90%的初始效率。反应离子调控偶极矩的新策略为埋底界面钝化提供了一种新的思路。

图2. 反应离子钝化埋底界面机理示意图及有无KF离子层I-V曲线

文章在著名期刊Advanced Functional Materials(IF：19.0；中科院1区，Nature Index期刊)上以 “Ion‐Dipole Interaction for Self‐Assembled Monolayers: A New Strategy for Buried Interface in Inverted Perovskite Solar Cells”为题在线发表。深圳技术大学为论文第一完成单位，新材料与新能源学院2021级交流研究生王双林、Danish Khan助理教授为论文的共同第一作者，唐泽国副教授为第一通讯作者，北京工业大学郑子龙教授、张永哲教授为共同通讯作者。新材料与新能源学院韩培刚讲席教授、唐俊助理教授、杨帆助理教授为论文共同作者。该项研究获得国家重点研发计划政府间国际科技创新合作项目、深圳技术大学高端人才启动经费、深圳市高等院校稳定支持计划等项目的资助。

全文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/adfm.202316202.

高效倒置NiOx基三端背接触全钙钛矿串联太阳能电池的设计

单结太阳电池所能达到的理论能量转换效率被称为肖克利奎伊瑟极限(Shockley–Queisser limit)，其中单结电池在最佳带隙为1.3-1.4eV时，理论极限为33%。例如，GaAs电池当前世界纪录为29.15%，晶硅电池当前世界纪录为27.09%，均未突破30%的效率。

而要实现对太阳光谱的最大利用，常常设计叠层太阳电池，双结叠层太阳电池最高理论效率可超过45%。根据叠层电池叠加方式，可将叠层电池分为二端叠层、三端叠层、四端叠层。其中二端叠层电池效率较高，但需要匹配顶、底电池电流，功率输出易受太阳光谱变化的影响。四端叠层电池中，顶、底电池各自发电，但中间连接层造成一定的光学损失，无法实现最大光电转换效率。而三端叠层电池具有二端叠层电池的高效率，同时不受光谱变化的影响，因此被人们认为是叠层电池的最佳方案。当前，钙钛矿/晶硅三端叠层电池已经被设计并制备出来。但目前基于晶硅底电池的三端叠层电池受到底电池量产技术的影响。基于此，深圳技术大学唐泽国副教授课题组联合北京工业大学郑子龙教授课题组首次提出了一种非共面三端（3T）全钙钛矿串联太阳能电池。通过比较二端、三端叠层、四端叠层钙钛矿电池效率，发现三端叠层钙钛矿电池具有最高效率，有望成为未来高效全钙钛矿叠层电池主流结构。

图3. （a）二端、（b）三端、（c）四端全钙钛矿叠层电池结构示意图及I-V曲线。

文章在著名期刊Advanced Functional Materials(IF：19.0；中科院1区，Nature Index期刊)上以 “Design of Efficient Inverted NiOX-Based Three-Terminal Back-Contact All Perovskite Tandem Solar Cells”为题在线发表。深圳技术大学为论文第一完成单位，新材料与新能源学院2021级交流研究生杨熙其为论文的共同第一作者，唐泽国副教授为第一通讯作者，北京工业大学郑子龙教授、陈小青副研究员为共同通讯作者。

全文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202401508.

深圳技术大学新材料与新能源学院抓住“碳达峰、碳中和”的国家战略机遇，积极布局新能源科学与工程方向各研究领域，其中太阳能光伏发电主要以钙钛矿薄膜电池、有机薄膜电池、钙钛矿/硅叠层电池等下一代高效光伏发电技术为重点发展方向。

学院从日本东京大学、澳大利亚新南威尔士大学、美国加利福尼亚大学洛杉矶分校（UCLA）、英国剑桥大学、德国埃尔朗根-纽伦堡大学、香港理工大学、挪威可再生能源公司、汉能薄膜发电集团等全球著名学术及产业机构引进人才，目前已初步建成太阳电池原理与工艺实验室、高效太阳能电池实验室、光伏系统与智能微网实验室、有机电子学实验室，具有全套钙钛矿薄膜电池、钙钛矿/硅叠层电池、有机薄膜电池、大面积组件制备与测试设备。

目前，学院在光伏电池级能源领域已产出一系列科研成果，大部分论文发表在光伏电池及材料国际著名期刊上，期待相关科研成果能早日落地实现产业化发展，助力国家“双碳”目标的实现。

供稿 | 新材料与新能源学院