鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽能電池因其高功率轉(zhuǎn)換效率（PCE）而備受關(guān)注。然而，n-i-p結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦/硅串聯(lián)電池在空穴傳輸層（HTL）方面存在光學(xué)缺陷和內(nèi)在不穩(wěn)定性問題，限制了其進一步發(fā)展。本文提出了一種簡約的透明空穴選擇性接觸層，通過將可交聯(lián)的p型小分子集成到反溶劑中，實現(xiàn)了鈣鈦礦的原位封裝，顯著提高了電池的效率和穩(wěn)定性。

n-i-p結(jié)構(gòu)與p-i-n結(jié)構(gòu)：鈣鈦礦太陽能電池通常采用n-i-p（電子傳輸層ETL先沉積）或p-i-n（空穴傳輸層HTL先沉積）兩種結(jié)構(gòu)。n-i-p結(jié)構(gòu)的單結(jié)鈣鈦礦太陽能電池效率記錄大多在2024年之前實現(xiàn)，而最高效的鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽能電池大多采用p-i-n結(jié)構(gòu)。

內(nèi)部封裝策略——內(nèi)部封裝的實現(xiàn)方法

鈣鈦礦薄膜的旋涂過程中，將VNPB添加到氯苯反溶劑中。

通過150°C的熱處理，觸發(fā)VNPB分子中苯乙烯基團的交聯(lián)反應(yīng)，形成一層致密的封裝層。

封裝層不僅保護鈣鈦礦免受外部應(yīng)力（如濕度、熱和紫外光）的影響，還通過形成梯度異質(zhì)結(jié)（GHJ）優(yōu)化了載流子傳輸路徑。內(nèi)部封裝策略——封裝層的影響

內(nèi)部封裝對鈣鈦礦薄膜形成的影響

SEM和光學(xué)顯微鏡分析：對照組的鈣鈦礦薄膜表面光滑，但存在明顯的PbI?殘留和清晰的晶界；封裝組的鈣鈦礦薄膜表面形成高密度的褶皺結(jié)構(gòu)，晶界模糊且無明顯的PbI?殘留，表明VNPB添加劑在結(jié)晶過程中被排擠到晶界和表面，形成了均勻的封裝層。

結(jié)晶性提升：封裝組的鈣鈦礦薄膜顯示出更高的結(jié)晶度，晶粒尺寸從310 nm增加到510 nm。封裝組的鈣鈦礦薄膜具有更窄的（100）峰半高寬和更高的（100）/PbI?峰強度比，進一步證實了其結(jié)晶性的提升。

TOF-SIMS和XPS深度剖面分析：VNPB封裝層在鈣鈦礦表面形成了梯度分布，與鈣鈦礦層有明顯的空間重疊。XPS深度剖面分析進一步證實了封裝層的梯度分布，表明其與鈣鈦礦形成了梯度異質(zhì)結(jié)。防水性和熱穩(wěn)定性：封裝組的鈣鈦礦薄膜表現(xiàn)出更高的水接觸角，表明其具有優(yōu)異的防水性。熱穩(wěn)定性測試顯示，封裝組的鈣鈦礦薄膜在85°C下經(jīng)過1000小時后仍保持較高的結(jié)晶度，表明其具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性。紫外穩(wěn)定性：封裝組的鈣鈦礦薄膜在紫外光照下表現(xiàn)出更高的穩(wěn)定性，表明VNPB封裝層有效抑制了紫外光引起的降解。載流子動力學(xué)

簡約空穴選擇性接觸層中的載流子動力學(xué)

穩(wěn)態(tài)光致發(fā)光（PL）光譜：封裝組的PL強度顯著降低，表明VNPB封裝層有效促進了載流子從鈣鈦礦到封裝層的轉(zhuǎn)移，顯著提高了鈣鈦礦的載流子提取效率。超快瞬態(tài)吸收（TA）光譜：封裝組的TA光譜顯示，GSB信號藍移且衰減時間縮短，表明VNPB封裝層顯著提高了空穴提取效率。封裝層對空穴提取的促進作用，表明封裝層能夠有效減少非輻射復(fù)合。紫外光電子能譜（UPS）分析：封裝組的價帶最大值（VBM）向高能方向移動，表明VNPB封裝層優(yōu)化了鈣鈦礦表面的能帶對齊。加MoO?緩沖層后，鈣鈦礦表面的功函數(shù)（WF）進一步增加，表明MoO?的引入形成了p型表面，進一步提高了空穴選擇性。單結(jié)和串聯(lián)電池的性能

單結(jié)鈣鈦礦太陽能電池的光伏性能和穩(wěn)定性

J-V曲線顯示，封裝后的電池實現(xiàn)了19.6%的穩(wěn)定PCE，顯著高于未封裝的對照組。

雙面電池的EQE曲線和反射率曲線顯示，高透明度的原位鈍化觸點和較薄的IZO后電極顯著降低了反射率，提高了后照模式下的光吸收效率。這種設(shè)計優(yōu)化了雙面電池的性能，實現(xiàn)了高達101.4%的雙面性，創(chuàng)下了新紀錄。

穩(wěn)定性測試表明，封裝后的電池在熱、紫外和操作穩(wěn)定性方面均有顯著提升。

鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽能電池的光伏性能和穩(wěn)定性

J-V曲線顯示，串聯(lián)電池獲得了29.2%的認證效率（穩(wěn)定效率為28.9%），這是n-i-p結(jié)構(gòu)鈣鈦礦/硅串聯(lián)電池中的最高認證效率。

外量子效率（EQE）光譜顯示，顯示出良好的光譜匹配，表明簡約接觸層優(yōu)化了光吸收和載流子收集效率，封裝層顯著提高了電池的光電流響應(yīng)。

長期穩(wěn)定性測試表明，封裝后的串聯(lián)電池在連續(xù)運行177小時后保持了96.1%的初始效率，顯著優(yōu)于傳統(tǒng)HTL的電池。

綜上所述，本研究通過將可交聯(lián)的p型小分子VNPB集成到反溶劑中，成功構(gòu)建了一種高效、透明且穩(wěn)定的空穴選擇性接觸層。這種簡約的內(nèi)部封裝策略不僅顯著提高了鈣鈦礦薄膜的結(jié)晶性和穩(wěn)定性，還減少了非輻射復(fù)合，實現(xiàn)了19.6%的穩(wěn)定效率，雙面電池展示了101.4%的創(chuàng)紀錄雙面性，而單片鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽能電池更是達到了29.2%的認證效率，刷新了n-i-p結(jié)構(gòu)鈣鈦礦/硅串聯(lián)電池的效率紀錄。美能QE量子效率測試儀

美能QE量子效率測試儀可以用來測量太陽能電池的光譜響應(yīng)，并通過其量子效率來診斷太陽能電池存在的光譜響應(yīng)偏低區(qū)域問題。它具有普遍的兼容性、廣闊的光譜測量范圍、測試的準確性和可追溯性等優(yōu)勢。

• 兼容所有太陽能電池類型，滿足多種測試需求

• 光譜范圍可達300-2500nm，并提供特殊化定制

氙燈+鹵素燈雙光源結(jié)構(gòu)，保證光源穩(wěn)定性

在研究過程中，美能QE量子效率測試儀可以對電池的光電性能進行了精確表征。測試結(jié)果顯示，封裝組的鈣鈦礦太陽能電池在可見光和近紅外范圍內(nèi)的外量子效率（EQE）顯著提升，充分驗證了封裝層的高透明性和優(yōu)異的光學(xué)性能。

原文出處：Hole-selective Transparent In Situ Passivation Contacts for Efficient and Stable n–i–p Graded Perovskite/Silicon Tandem Solar Cells

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