叶继春&周继承最新延长载流子扩散实现稳定钙钛矿/TOPCon叠层电池|介电|叠层|叶继春|周继承|太阳能电池|载流子|钛矿

主要内容

钙钛矿/硅叠层太阳能电池的光电转换效率已突破单结器件的肖克利-奎伊瑟极限，展现出优异的应用潜力。然而，其工作稳定性仍是亟待攻克的核心瓶颈——钙钛矿与C₆₀形成的低介电界面接触，虽在单结器件中影响通常可忽略，却成为制约载流子扩散长度的关键因素；且叠层器件为适配织构化硅基底，需制备厚钙钛矿层，这一界面问题会进一步加剧层内载流子的累积与复合，严重限制器件性能提升。

针对这一问题，中国科学院宁波材料所叶继春、杨熹、应智琴与中南大学周继承等人联合提出一种介电工程化接触策略，通过在钙钛矿/C₆₀界面引入高介电常数氧化铌（NbOₓ）中间层（兼作电子选择接触层），实现叠层电池效率与长期工作稳定性的同步提升。该策略通过双重途径协同优化界面性能：一是借助高介电环境缩小界面缺陷的捕获半径，有效抑制缺陷介导的载流子俘获；二是通过形成铅-氧（Pb─O）键实现化学钝化，对未配位的Pb²⁺及残留碘化铅（PbI₂）进行修饰，显著降低界面缺陷密度。这些作用协同延长了载流子扩散长度，既优化了钙钛矿/C₆₀界面的能级匹配，又有效缓解了厚钙钛矿层内的载流子累积问题。

性能测试结果显示，基于该策略制备的带隙1.68eV单结钙钛矿太阳能电池，光电转换效率达22.4%，在最大功率点（MPP）跟踪测试650小时后，仍保持91%的初始效率；而面积为1cm²的单片式钙钛矿/隧穿氧化层钝化接触（TOPCon）硅叠层器件，光电转换效率进一步提升至32.0%，且未封装器件经200小时MPP跟踪测试后，性能仍能100%维持初始水平，展现出优异的稳定性。

该结果充分印证，介电调控在实现叠层器件高效率与高工作稳定性的双重目标中发挥着核心作用，为钙钛矿/硅叠层太阳能电池的性能优化、稳定性提升及产业化推进提供了重要技术支撑与研究思路。