工业级TiOX电子选择性钝化接触层实现高效稳定钙钛矿/TOPCon叠层太阳能电池

针对钙钛矿/C60界面非辐射复合导致器件性能受限的难题，研究人员创新性地采用斜角蒸镀法制备TiOX电子选择性钝化层。该技术通过降低PbI2含量、钝化Pb2+缺陷、优化能带排列等协同效应，使1.68eV单结钙钛矿电池效率达21.4%，与TOPCon硅底电池集成的叠层器件稳态效率突破31.3%，为产业化提供了可行性解决方案。

　　

在追求更高光电转换效率的竞赛中，钙钛矿/硅叠层太阳能电池以34.6%的纪录效率惊艳学界，但距离45.1%的理论极限仍有巨大差距。阻碍性能提升的"绊脚石"正是钙钛矿与C₆₀电子传输层(ETL)间的界面缺陷——这些微观尺度的能量陷阱不仅引发非辐射复合，更导致开路电压(V_OC)和填充因子(FF)双双折戟。传统有机钝化材料虽能暂时"安抚"界面缺陷，却难逃热、湿环境下的性能衰减宿命；无机氟化物虽具导电优势，其离子迁移特性又成为新的稳定性隐患。面对这一"既要马儿跑，又要马儿不吃草"的行业难题，研究人员迫切需要找到兼具高效钝化和长效稳定的界面工程方案。

浙江大学的研究团队在《Journal of Energy Chemistry》发表突破性成果，创新性地将斜角电子束蒸镀技术应用于TiO_X钝化层的制备。这种看似简单的工艺革新，实则在原子尺度重构了钙钛矿/C₆₀界面：通过精确控制蒸发角度获得疏松多孔的TiO_X薄膜，其独特的3.31eV光学带隙与梯度氧空位分布，犹如在界面处构建了"分子级缓冲带"。研究采用紫外光电子能谱(UPS)测定能级结构，通过开尔文探针力显微镜(KPFM)观测表面电势分布，结合温度依赖电导率测试揭示载流子传输机制，系统验证了该钝化层的四重功效。

【Results and discussion】部分揭示，这种工业友好的制备技术能在钙钛矿表面形成5-15nm厚度的优化层：X射线光电子能谱(XPS)显示Pb²⁺的4f轨道结合能位移0.3eV，证实了强Pb-O键的形成；光致发光(PL)谱中762nm处荧光强度提升3倍，标志着界面复合被有效抑制。更有趣的是，掠入射X射线衍射(GIXRD)发现该处理使PbI₂(001)晶面衍射峰强度降低67%，说明其能选择性清除表面分解产物。当应用于1.68eV的Cs_0.05(FA_0.77MA_0.23)_0.95Pb(I_0.77Br_0.23)₃钙钛矿体系时，器件获得21.4%的转换效率(PCE)，这在宽带隙钙钛矿单结电池中堪称佼佼者。

【Conclusions】部分强调，该研究的核心突破在于实现了"钝化-传输"的协同优化：TiO_X中的固定负电荷产生场效应钝化，使电子提取效率提升28%；同时其介电屏蔽效应将界面缺陷态密度降至1.2×10¹⁰ cm^-2eV^-1，比对照组低一个数量级。当与双面隧穿氧化钝化接触(TOPCon)硅底电池集成时，0.14cm²叠层器件在MPP跟踪200小时后仍保持95%初始效率，这种稳定性在未封装器件中实属罕见。

这项研究的意义不仅在于创造了31.3%的叠层电池效率纪录，更开创了真空镀膜技术在钙钛矿/硅叠层电池中的应用范式。相比需要精确控制至2nm以下的SiO_X钝化层，TiO_X的工艺窗口更宽，与现有硅基产线兼容性更佳。作者团队在CRediT贡献声明中特别指出，斜角蒸镀工艺的放大可行性已通过200mm×200mm基板试验验证，这为GW级量产铺平了道路。正如文中所言，该工作"demonstrates an effective interface passivation strategy between perovskite and C₆₀"，为突破叠层电池效率瓶颈提供了兼具创新性和实用性的解决方案。