克服金字塔结构的界面不均匀性，以实现高效钙钛矿/硅串联太阳能电池

《Joule》：Overcoming the interfacial heterogeneity of pyramidal structure for efficient perovskite/silicon tandem solar cells

　　

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背景与规模

晶硅太阳能电池长期以来一直引领着光伏产业的发展，隆基（LONGi）通过背面接触结构实现了27.81%的效率。然而，由于俄歇复合和寄生吸收的影响，该技术的效率已接近其理论极限的29.40%。钙钛矿/硅串联结构已经突破了这一限制，达到了34.85%的认证转换效率。然而，几乎所有高效率的串联器件都采用了金字塔形纹理来进行光管理，但那些在平面基底上表现良好的材料和工艺并不适合用于金字塔形纹理。亚微米级金字塔形峰谷引入的结构异质性破坏了埋藏界面膜的均匀性，加剧了非辐射复合现象，并提高了接触电阻。最关键的是，那些在平面透明导电氧化物（TCO）涂层玻璃上表现优异的自组装单层（SAMs）在纹理化表面上往往无法正常工作。我们的实验室一直观察到这种不一致性，这表明当前的分子设计原则与工业级串联结构中复杂的地形特征存在根本性的不匹配。

在这里，我们设计了一种含有噻吩基团和膦酸（L30, PS-4PACz）的自组装单层分子。这种分子在纹理化氧化铟锡（ITO）表面的峰部和谷部位置都表现出更强的结合亲和力和更高的覆盖率。这种分子策略弥合了纹理化基底的结构差异，实现了可靠的埋藏界面钝化和低接触电阻。使用双面纹理化的硅异质结底层电池，我们的钙钛矿/硅串联器件实现了34.15%的认证稳定转换效率，证明了一种可靠且适用于制备高效纹理化串联器件的方法。这项工作突出了基底地形、SAM分子设计与界面能学之间的关键相互作用。

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亮点

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设计了含有噻吩的不对称膦酸SAM（L30）

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L30在亚微米级纹理峰谷上提供了均匀的涂层

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L30实现了优异的埋藏界面钝化效果和低接触电阻

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使用L30的串联器件实现了34.15%的认证稳定效率

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总结

钙钛矿/硅串联太阳能电池在从平面玻璃转移到亚微米级纹理化硅基底时面临挑战，主要是由于不均匀的埋藏界面破坏了结构完整性和电荷传输。在这项研究中，我们引入了一种含有噻吩官能团的基于膦酸的自组装单层（SAM），能够克服亚微米级纹理化基底的异质性问题。这种SAM分子能够在金字塔形亚微米结构上牢固地锚定，形成钙钛矿层与纹理化硅基底之间稳定且均匀的界面。该分子在纹理化基底上的显著增强相互作用使得界面钝化效果优异，接触电阻低，从而减少了非辐射复合和载流子传输损失。利用这一界面，我们的钙钛矿/硅串联器件实现了34.15%的认证稳定转换效率，证明这是一种可靠且适用于制备高效纹理化串联器件的方法。这项工作突出了基底地形、SAM分子设计与界面能学之间的关键相互作用。

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图形摘要