【儀表網 研發快訊】盡管目前鈣鈦礦/硅疊層太陽電池效率可達到33.2%，但鈣鈦礦活性層的長期穩定性是阻礙鈣鈦礦/硅疊層太陽電池商業化的最緊迫問題之一。目前提高鈣鈦礦器件穩定性通常基于封裝工藝、晶體調控工程、缺陷鈍化方法和能帶調節方式。
然而，類似于許多金屬、玻璃和聚合物材料中的“應力腐蝕”，由器件制造和運行中不可避免的拉伸應力引起的時間依賴的亞臨界鈣鈦礦降解仍然會發生。微觀層面，該應力可以削弱鉛鹵化物軌道耦合，從而改變與結構相關的材料特性(如帶隙和載流子動力學)，降低相變、缺陷形成和離子遷移的勢壘；宏觀層面，該應力會促使裂紋和分層情況的產生，從而加速鈣鈦礦的降解，導致器件的效率降低甚至失效。
近期，中國科學院寧波材料技術與工程研究所所屬新能源所硅基太陽能及寬禁帶半導體團隊在葉繼春研究員的帶領下在前期晶體硅和鈣鈦礦太陽電池研究的基礎上，在高效穩定鈣鈦礦/硅疊層電池領域又取得了新的進展。該團隊采用一種長碳鏈陰離子表面活性劑添加劑，研究發現該添加劑能通過表面自分離和膠束化以改善鈣鈦礦晶體生長動力學，并在鈣鈦礦晶界構建類膠狀的支架以消除殘余應力；因此，鈣鈦礦活性層中缺陷減少、離子遷移受抑制以及能級結構改善。最終實現了未封裝的鈣鈦礦單結和鈣鈦礦/硅疊層太陽電池在最大功率點跟蹤下連續光照下3000小時和450小時的運行穩定性測試中，分別保持了85.7%和93.6%的初始性能，代表了迄今為止在類似條件下報道的穩定性最佳的器件之一。
相關成果以“Long-chain anionic surfactants enabling stable perovskite/silicon tandems with greatly suppressed stress corrosion”為題發表于Nature Communications(https://doi.org/10.1038/s41467-023-37877-z)，博士生汪新龍為第一作者，應智琴博士后、楊熹副研究員和葉繼春研究員為共同通訊作者。該研究得到了國家重點研發計劃(2018YFB1500103)、澳門特別行政區科學技術發展基金(FDCT-0044/2020/A1、0082/2021/A2)和澳門大學研究基金(MYRG2020-00151-IAPME)等項目的支持。
長鏈陰離子表面活性劑抑制應力腐蝕作用機理(上)；鈣鈦礦單結(中)以及鈣鈦礦/硅疊層(下)太陽電池最大功率點工作穩定性測試
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