认证效率高达33.10%，基于宽带隙表面重构技术实现高效钙钛矿/硅串联太阳能电池

宽带隙钙钛矿太阳能电池对钙钛矿/硅叠层的发展至关重要，但宽带隙钙钛矿太阳能电池表面缺陷多，会导致严重的界面载流子损失和相分离，影响电池性能。研究通过纳米抛光去除富含缺陷的晶体表面，再钝化新暴露的高结晶度表面，最终实现了认证效率33.10%的四端钙钛矿/硅叠层太阳能电池。

基底清洗和预处理：ITO玻璃基底首先用洗涤剂溶液清洗，然后依次用去离子水、丙酮、异丙醇和乙醇超声清洗20分钟。用高压氮气（N2）干燥后，用氧气等离子体处理10分钟以增加表面能。

空穴传输层（HTL）的制备：将NiOx纳米颗粒分散在去离子水中形成NiOx墨水，旋涂在ITO基底上，150°C下退火10分钟。将Me-4PACz溶解在乙醇中，旋涂在NiOx层上，然后在N2手套箱中100°C退火10分钟。

钙钛矿层的制备：将钙钛矿前驱体溶液旋涂在带有HTLs的基底上，先1000转/分钟旋涂8秒，然后5000转/分钟旋涂30秒，过程中滴加茴香脑以促进钙钛矿晶体生长。旋涂后立即在100°C下退火15分钟。

纳米抛光处理：将样品的玻璃面用石蜡固定在加热台上，保持85°C。使用Al2O3纳米颗粒作为抛光溶液进行抛光，抛光盘以5000转/分钟的速度旋转15-45秒。抛光后再次加热85°C以去除表面残留的抛光液，然后用异丙醇和甲醇的混合溶液清洗。

表面钝化：使用PI溶液进行表面钝化，旋涂后在100°C下退火10分钟。

纳米抛光处理的钙钛矿薄膜变化

钙钛矿薄膜在纳米抛光处理前后的形貌和结晶度变化

形态变化：经过纳米抛光处理后，钙钛矿薄膜的表面从粗糙变为超光滑。纳米抛光处理消除了表面的非晶层，暴露出高晶区表面。

纳米抛光的效果：纳米抛光可以精确去除富含缺陷的区域（效果I），抑制钙钛矿的离子迁移和相分离（效果II），减少晶格失配和释放残余晶格应变（效果III），以及由于Br相关和I相关钙钛矿的不同硬度，创造出富含Br的表面（效果IV）。

纳米抛光处理能够显著改善钙钛矿薄膜的表面质量，通过去除表面缺陷、提高结晶性、抑制离子迁移和相分离，以及调整表面组成，这些变化为后续的电子传输层提供了更均匀的接触，有助于提高电池的整体性能。

纳米抛光处理后表面缺陷和离子迁移的抑制

纳米抛光处理对宽带隙钙钛矿薄膜表面缺陷和离子迁移的影响

表面缺陷的减少：经过纳米抛光处理的钙钛矿薄膜中Pb0缺陷的强度显著降低，表明表面缺陷减少。纳米抛光处理后的钙钛矿薄膜显示出更强和更均匀的PL强度，表明表面缺陷减少，载流子复合减少。

载流子寿命的增加：纳米抛光处理后的钙钛矿薄膜的载流子寿命从413纳秒增加到869纳秒，表明非辐射复合减少。

光诱导相分离的抑制：在模拟太阳光（AM1.5G，1太阳）照射下，控制薄膜的PL峰位显著红移，而纳米抛光处理后的薄膜PL峰位没有明显变化，表明纳米抛光有效抑制了光诱导的卤素组分分离。

离子迁移的抑制：在强电场作用下，控制组钙钛矿薄膜的电流随时间显著增加，而纳米抛光处理后的薄膜电流保持稳定，表明纳米抛光处理有效抑制了离子迁移。

光稳定性的提高：在30V偏压下老化后，控制组钙钛矿薄膜的PL强度显著降低，而纳米抛光处理后的薄膜仍然显示出强且均匀的荧光，表明纳米抛光处理提高了钙钛矿薄膜的光稳定性。

纳米抛光处理后的钙钛矿薄膜特性分析

纳米抛光处理钙钛矿薄膜及其与C60界面的特性

纳米抛光处理后的钙钛矿薄膜的残余应力从20.90 MPa降低到10.47 MPa，表明纳米抛光有效地释放了钙钛矿薄膜中的残余应力。

钙钛矿薄膜的接触电势差（CPD）分布更加均匀，表明功函数降低。紫外光电子能谱（UPS）结果显示，纳米抛光处理后钙钛矿薄膜的费米能级和导带最小值（CBM）发生了变化，与C60的能级排列更好，有助于电子传输和提高电池的填充因子（FF）。

纳米抛光处理不仅改善了钙钛矿薄膜的表面质量，还通过减少残余应力、增加表面溴含量、提高薄膜硬度和优化能级排列，显著提高了钙钛矿薄膜的性能。这些改进有助于提高钙钛矿太阳能电池的开路电压（VOC）和填充因子（FF），从而提高了电池的整体效率和稳定性。

宽带隙钙钛矿太阳能电池的光电性能

基于表面重构处理的宽带隙钙钛矿太阳能电池的光电性能

4T钙钛矿/硅串联太阳能电池的光伏参数

在氮气环境中，表面重构处理后的钙钛矿太阳能电池在1太阳光照射下的操作稳定性测试显示，经过1505小时后，电池保持了其原始效率的80%，远高于控制组的746小时，证明了表面处理显著提高了电池的长期稳定性。

四端钙钛矿/硅叠层太阳能电池，通过将半透明的钙钛矿顶电池与硅底电池物理堆叠实现。J-V曲线和外部量子效率（EQE）谱表明，钙钛矿顶电池和硅底电池在四端配置中均表现出良好的性能，实现了33.10%的认证效率。纳米抛光处理不仅提高了钙钛矿薄膜的表面质量，还显著提升了钙钛矿太阳能电池的VOC、FF和整体效率。

本研究通过创新的纳米抛光表面重构方法，显著提升了宽带隙钙钛矿太阳能电池的性能，实现了高达33.10%的认证效率，同时增强了电池的稳定性。这一突破不仅推动了钙钛矿太阳能电池技术的发展，也为未来高效率太阳能电池的商业化应用铺平了道路。

美能紫外老化试验箱

在钙钛矿太阳能电池的研究中，长期稳定性是一个关键的考量因素。为了模拟实际环境中的光照条件并评估钙钛矿材料的耐久性。美能紫外老化试验箱进行加速老化测试。该试验箱能够提供280至400nm范围内的紫外光谱，模拟太阳光中的紫外部分，同时保持150至250W/㎡的辐照强度，以加速老化过程。

辐照强度：150-250W/㎡（可定制500-1000W/㎡超级紫外）

UVB含量：3%-9%

• 光谱范围：280-400nm

通过优化材料配方和电池结构，结合美能紫外老化试验箱的严格测试，可以显著提高钙钛矿太阳能电池的长期稳定性，为商业化应用铺平了道路。

原文出处：Surface reconstruction of wide-bandgap perovskites enables efficient perovskite/ silicon tandem solar cells

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