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Nature Energy:改进界面介导的载流子传输以实现高效的钙钛矿/铜铟镓硒(CIGS)叠层太阳能电池

【 发布日期:2026-08-17 | 点击:


(通讯员:王小敏、刘虎森)近日,材料学院王小敏副教授联合武汉大学李建民、肖旭东教授团队以及福建师范大学陈桂林教授,在能源领域国际顶刊《Nature Energy》发表题为Improving interface-mediated carrier transport for efficient perovskite/Cu(In,Ga)Se2 tandem solar cells的原创研究。

针对钙钛矿/铜铟镓硒(CIGS)叠层太阳能电池产业化中面临的底部粗糙CIGS表面致分流与顶部宽带隙钙钛矿层缺陷致电压损失的双重界面瓶颈,创新提出“双界面载流子传输调控”(DICTE)策略:在底部构筑“溅射NiOX+旋涂NiOX纳米颗粒+退火”的双层SS-NiOX空穴传输层,利用纳米颗粒精确填充微米级凹坑,将粗糙度从84.1 nm降至76.0 nm,实现共形覆盖,同时退火使NiOX表面-OH含量从34.4%降至21.7%、Ni3+/Ni2+比率提升至2.86,既增强与自组装单分子层Me-4PACz的化学锚定,又提升空穴传输能力,并诱导钙钛矿(100)/(110)晶面衍射峰强度比提高4.1-5.6倍、PbI2杂质显著减少。在顶部开发EDADI与p-F-PEIA双分子共钝化(BMCP)系统,DFT计算表明EDADI的I-和p-F-PEIA的NH3+可分别精准修复碘空位和阳离子空位,吸附能高达-3.16 eV,实验证实该处理使薄膜粗糙度从27.6 nm降至15.2 nm,钙钛矿/C60界面导带偏移从0.57 eV大幅降至0.34 eV,非辐射复合被显著抑制,瞬态吸收光谱显示带隙重整化能从78.89 meV降至66.49 meV、载流子提取寿命从5.1 ns缩短至2.3 ns,电子提取效率成倍提升。

将底部SS-NiOX与顶部BMCP整合至同一器件后,小面积(0.0539 cm2)叠层电池经第三方认证效率达30.57%(稳态30.32%),大面积(1.0298 cm2)器件认证效率达28.85%,且在未封装条件下于N2手套箱储存3,576小时后仍保持初始效率的94.38%,70°C高温老化960小时后保持90.55%,最大功率点连续运行756小时后保持91.49%,充分证明了该“双界面工程”策略在突破效率极限并推动钙钛矿/CIGS叠层技术走向实用化中的巨大潜力。

审核:邓欢 熊礼威