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SnO2/钙钛矿埋底界面修饰实现高效稳定钙钛矿太阳能电池
SnO2/Perovskite Buried Interfacial Modification for Efficient and Stable Perovskite Solar Cells
| 作者 | |
| 期刊 | IEEE Electron Device Letters |
| 出版日期 | 2025年1月 |
| 技术分类 | 光伏发电技术 |
| 技术标签 | 储能系统 GaN器件 工商业光伏 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 钙钛矿太阳能电池 界面缺陷 界面修饰剂 功率转换效率 长期稳定性 |
语言:
中文摘要
具有 n - i - p 结构的有机 - 无机卤化物钙钛矿太阳能电池（PSCs）因其出色的功率转换效率和化学稳定性，在商业化方面展现出巨大潜力。然而，电子传输层（ETLs）与钙钛矿薄膜之间的界面缺陷是一个关键挑战，严重限制了光伏性能。在此，我们引入 5 -（三氟甲基）吡啶 - 2 - 羧酸（TPCA）作为 SnO₂/钙钛矿掩埋界面的多功能界面改性剂。TPCA 能有效钝化 SnO₂表面的 Sn - OH 悬空键，同时调节表面能以引导钙钛矿薄膜的结晶。通过这种化学钝化与物理调控相结合的协同机制，经 TPCA 改性的钙钛矿太阳能电池的最大功率转换效率（PCE）从 22.10%提高到了 24.38%。此外，未经封装的经 TPCA 处理的 PSCs 在 1000 小时后仍保持其初始效率的 90.7%，显示出卓越的长期稳定性。这项工作为提高钙钛矿光电器件的效率和稳定性提供了一种实用的界面工程方法。
English Abstract
Organic-inorganic halide perovskite solar cells (PSCs) with n-i-p architectures exhibit significant potential for commercialization owing to their impressive power conversion efficiency and chemical stability. However, interfacial defects between electron transport layers (ETLs) and perovskite films present a critical challenge that significantly limits the photovoltaic performance. Here, we introduce 5-(trifluoromethyl) pyridine-2-carboxylic acid (TPCA) as a multifunctional interfacial modifier at the SnO2/perovskite buried interface. TPCA effectively passivates Sn-OH dangling bonds on the SnO2 surface while modulating surface energy to guide the crystallization of perovskite films. Through this synergistic mechanism combining chemical passivation and physical modulation, the maximum power conversion efficiency (PCE) of perovskite solar cells modified by TPCA has increased from 22.10% to 24.38%. Furthermore, unencapsulated TPCA-treated PSCs maintained 90.7% of their initial efficiency after 1,000 hours, showing superior long-term stability. This work provides a practical interface engineering approach to advance both efficiency and stability in perovskite optoelectronics.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看，这项钙钛矿太阳能电池界面工程技术展现出显著的战略价值。该研究通过TPCA分子修饰SnO2/钙钛矿界面，将电池效率从22.10%提升至24.38%，并在1000小时测试后保持90.7%的初始效率，这两项指标直接关系到我们光伏系统的发电效率和全生命周期收益。
对于阳光电源而言，该技术的价值体现在多个维度。首先，更高的转换效率意味着在相同面积下可获得更高的发电功率，这将直接提升我们分布式光伏解决方案的竞争力，特别是在屋顶等空间受限场景。其次，显著改善的长期稳定性解决了钙钛矿技术商业化的核心痛点，这与我们储能系统对电池寿命的高要求形成技术协同，为未来开发钙钛矿-储能一体化系统奠定基础。
然而，技术成熟度评估需保持审慎态度。当前研究仍处于实验室阶段，距离大规模量产存在明显差距：TPCA修饰工艺的可规模化生产能力、大面积组件的均匀性控制、以及在实际户外环境下的长期可靠性验证都需要进一步突破。此外，该技术与我们现有晶硅电池产线的兼容性、成本经济性也需深入评估。
建议阳光电源采取"跟踪研究+战略储备"策略：一方面与相关科研机构建立合作，跟踪钙钛矿技术发展路径；另一方面可在研发中心开展小规模验证，评估其与我们逆变器、储能系统的集成可行性，为未来3-5年的技术迭代做好准备。这项技术代表了光伏效率提升的重要方向，符合我们在清洁能源领域的长期战略布局。