【最新科研】光伏重磅Nature！

张明 2025-07-10

在具有纹理的硅衬底上实现高度有序和均匀覆盖的自组装单层（SAMs），仍是进一步提高钙钛矿/硅串联太阳能电池（TSCs）效率的关键挑战。基于此，隆基绿能中央研究院何博、何永才、徐希翔博士、李振国、刘江（共同通讯作者）等人报道了一种不对称的SAM（记为HTL201），其锚定基团和间隔剂位于咔唑核的两侧，作为钙钛矿/硅TSCs的孔选择层（HSL）。

与具有氮键膦酸基团的对称SAMs相比，HTL201分子在透明导电氧化物（TCO）复合层上具有最小的空间位阻和更高的覆盖率。HTL201与钙钛矿膜之间的强配位相互作用有效地减少了埋藏界面处的非辐射复合。

值得注意的是，优化后的钙钛矿和HTL201之间的能级排列，伴随着钙钛矿层准费米能级分裂（QFLS）值的增加，使得钙钛矿/硅TSCs的电压接近2 V，基于硅异质结（SHJ）的太阳能电池的认证功率转换效率（PCE）高达34.58%，面积为1.004 cm²。

相关工作以《Efficient perovskite/silicon tandem with asymmetric self-assembly molecule》为题发表在2025年7月7日的《Nature》上。

作者采用硅异质结太阳能电池作为底层电池，构建了单片钙钛矿/硅串联太阳能电池。采用IZO/SAM/钙钛矿/LiF/二碘化乙二铵(EDAI)/C₆₀/SnO₂/IZO/Ag/MgF₂复合材料，制备了基于不同SAMs的顶层钙钛矿太阳能电池。对于使用HTL201的器件，平均PCE为34.22%。使用HTL201的最佳TSC的效率达到了34.60%，V_OC高达2.001 V，J_SC为20.64 mA/cm²，FF为83.79%。一个基于HTL201的优化TSC被送到欧洲太阳能测试装置（ESTI）进行认证，其认证的PCE为34.58%，这是钙钛矿/硅TSCs研究中创记录的效率。

图1.IZO上不同SAMs的分数覆盖率以及SAMs与钙钛矿的相互作用

图2.基于不同HSLs的叠层太阳能电池的器件性能

基于HTL201的TSCs在储存1080小时后保持了大约98.9%的初始效率，而含有MeO-4PACz和Me-4PACz的TSCs分别仅保留了其初始PCEs的94.6%和84.8%。同时，在25 ℃和45 ℃的单太阳连续照明环境下，对基于Me-4PACz、MeO-4PACz和HTL201封装的TSCs进行了最大功率点（MPP）跟踪。在工作1020 h后，基于HTL201的器件在25 ℃的受控温度下保持了初始PCE的~98.0%，在45 ℃的高温下保持了初始PCE的~91.3%。基于MeO-4PACz的器件在25 ℃和45 ℃下分别保持了89.6%和84.4%的初始PCEs，而基于Me-4PACz的器件在500 h后出现了明显的下降。