宁波材料所在n-i-p结构钙钛矿/硅叠层太阳能电池方面取得进展

　　作为目前光伏行业新兴的研究热点，钙钛矿/硅叠层太阳能电池的光电转换效率在过去的10年内迅速提升。目前钙钛矿/硅叠层太阳能电池的效率已经达到了34.6%，但与发展较为迅速的p-i-n结构相比，n-i-p结构的钙钛矿/硅叠层太阳能电池发展却较为缓慢，主要原因在于n-i-p结构钙钛矿/硅叠层太阳能电池缺乏理想的空穴传输层，该层需要具备优异的透明度和长期的稳定性，并拥有与传统高效的spiro-OMeTAD相当的器件性能。

　　近日，中国科学院宁波材料技术与工程研究所硅基太阳能及宽禁带半导体科研团队在叶继春研究员的带领下，在前期晶硅、钙钛矿及其叠层电池研究的基础上（Nat. Energy 2023, 8, 1250; Joule 2022, 6, 2644; Nat. Commun. 2023, 14, 2166; Adv. Mater. 2023, e2211962; Adv. Mater. 2023, 2302071; Energy Environ. Sci. 2021, 14, 6406; Sci. bull. 2024, 69, 1887; Adv. Energy Mater. 2024, 15, 2403021; Adv. Energy Mater. 2023, 13, 2203006），在n-i-p结构钙钛矿/硅叠层太阳电池方面取得重要进展。团队采用一种原位内部封装策略，将可交联的p型小分子材料集成到反溶剂中，在无需额外空穴传输层制备的情况下，开发了一种高透明的空穴选择性钝化接触。结果显示该策略可以：保护钙钛矿层，减轻外部干扰，包括热、水、高能轰击和紫外线照射；抑制钙钛矿与对电极界面的质量交换（包括离子迁移、铅泄漏和界面化学反应）；提高钙钛矿结晶度，释放残余应变，减轻载流子复合，构建梯度异质结以促进空穴提取。最终，1.65 eV钙钛矿太阳能电池实现了19.6%的稳定效率，同时显著提高热、紫外和操作稳定性。同时，利用其出色的透明度，双面钙钛矿太阳能电池的双面率可达101.4%，n-i-p结构的钙钛矿/硅叠层器件（1.04 cm2）的验证效率能够达到29.2%，这是目前已报道的n-i-p结构钙钛矿/硅叠层器件的最高认证效率。本研究为n-i-p结构钙钛矿/硅叠层太阳能电池领域的提供了新的思路和方法，有望推动其进一步研发和应用。

　　该工作以“Hole-Selective Transparent In Situ Passivation Contacts for Efficient and Stable n–i–p Graded Perovskite/Silicon Tandem Solar Cells”为题发表于Advanced Materials（https://doi.org/10.1002/adma.202416530）。宁波材料所博士生张美丽为第一作者，宁波材料所应智琴副研究员、杨熹副研究员和叶继春研究员为本文共同通讯作者。该研究的合作单位为嘉兴阿特斯技术研究院，并得到了国家自然科学基金（62204245、U23A200098）、国家重点研发计划（2024YFB3817304）、浙江省自然科学基金（LY24F040003）、浙江省自然科学基金联合基金（LBMHD24E020002）、浙江省重点研发项目（2022C01215、2024C01092、2025C01154）、宁波市重点研发项目（2023Z151、2024QL037）项目的支持。

　　n-i-p结构钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池：a.结构示意图；b.效率；c. MPP稳定性

（光电信息材料与器件实验室 张美丽）