晶硅-鈣鈦礦疊層太陽(yáng)電池因其有望超越單結(jié)電池的肖克利-奎伊瑟（Shockley-Queisser）效率極限，而成為當(dāng)前全球先進(jìn)光伏技術(shù)研究的熱點(diǎn)。受制于短波光子的熱馳豫損失，傳統(tǒng)晶硅單結(jié)太陽(yáng)電池效率的進(jìn)一步提升面臨瓶頸。為此，科學(xué)家們提出將寬帶隙鈣鈦礦與晶硅集成，通過(guò)構(gòu)建串聯(lián)疊層太陽(yáng)電池，有效減少載流子熱馳豫損失，充分利用太陽(yáng)光能，實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換效率的突破。疊層太陽(yáng)電池被公認(rèn)為下一代超高效先進(jìn)光伏技術(shù)。

近年來(lái)晶硅-鈣鈦礦疊層太陽(yáng)電池取得重要進(jìn)展，但寬帶隙鈣鈦礦頂電池仍然存在顯著的界面非輻射復(fù)合問(wèn)題，主要包括鈣鈦礦上界面與電子傳輸層的界面復(fù)合問(wèn)題以及空穴傳輸層在絨面襯底上覆蓋性及均勻性不佳引起的界面復(fù)合問(wèn)題等。2024年9月，隆基疊層團(tuán)隊(duì)在《Nature》發(fā)表文章闡述了通過(guò)引入雙層交錯(cuò)鈍化策略，鈣鈦礦與電子傳輸層界面復(fù)合問(wèn)題已得到有效解決，并將晶硅-鈣鈦礦疊層電池效率提升到33.9%，首次從實(shí)驗(yàn)上證明雙結(jié)疊層太陽(yáng)能電池效率超過(guò)了單結(jié)S-Q理論效率極限，具有里程碑意義。

針對(duì)空穴傳輸層所在的界面復(fù)合問(wèn)題，隆基團(tuán)隊(duì)聯(lián)合蘇州大學(xué)開展研究，在新型有機(jī)自組裝分子材料（SAM）設(shè)計(jì)及晶硅-鈣鈦礦疊層器件取得了突破性進(jìn)展。有別于傳統(tǒng)的SAM材料在咔唑的氮原子上引入膦酸錨定基團(tuán)，研究人員在咔唑核的苯環(huán)側(cè)引入膦酸錨定基團(tuán)，提出了一種具有非對(duì)稱結(jié)構(gòu)的自組裝分子（HTL201），作為寬帶隙鈣鈦礦子電池的空穴選擇層。非對(duì)稱結(jié)構(gòu)的引入顯著增強(qiáng)了SAM的錨定能力，原位提升了SAM在硅絨面襯底的覆蓋率及均勻性，優(yōu)化了界面能級(jí)匹配。同時(shí)，HTL201與鈣鈦礦之間的強(qiáng)相互作用促進(jìn)了高品質(zhì)鈣鈦礦薄膜的沉積，并有效鈍化了埋底界面缺陷，顯著降低了表面界面非輻射復(fù)合水平。通過(guò)與雙面紋理化的異質(zhì)結(jié)晶硅結(jié)合，研究團(tuán)隊(duì)成功實(shí)現(xiàn)了開路電壓接近2.0V，且認(rèn)證效率高達(dá)34.6%的晶硅-鈣鈦礦串聯(lián)疊層太陽(yáng)電池。這項(xiàng)研究為新型SAM材料的開發(fā)及進(jìn)一步提升晶硅-鈣鈦礦疊層效率提供了重要的技術(shù)方案。相關(guān)研究成果2025年7月7日以“Efficient perovskite/silicon tandem with asymmetric self-assembly molecule”為題，發(fā)表于國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《Nature》上。

此前不久，隆基綠能聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所等研究團(tuán)隊(duì)，通過(guò)采用給受體共軛策略，成功開發(fā)了一種具有開殼雙自由基的新型有機(jī)自組裝分子。該分子展現(xiàn)出優(yōu)異的載流子傳輸能力、在實(shí)際工況下的優(yōu)異結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及卓越的組裝均勻性，使得基于該材料的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池在效率和穩(wěn)定性方面均取得了顯著進(jìn)展。相關(guān)研究成果以《Stable and uniform self-assembled organic diradical molecules for perovskite photovoltaics》為題，于2025年6月26日發(fā)表于國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《Science》上。

至此，隆基疊層團(tuán)隊(duì)已通過(guò)發(fā)表三篇頂級(jí)學(xué)術(shù)文章，向全行業(yè)公開了團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造的33.9%、34.2%和34.6%三次世界紀(jì)錄效率（分別收錄于馬丁格林世界紀(jì)錄效率表第63版、第64版和第65版）所采用的上界面雙層交錯(cuò)鈍化策略、D-A型高穩(wěn)定SAMS材料和不對(duì)稱SAM型空穴傳輸材料創(chuàng)制等核心材料和工藝，展現(xiàn)了隆基綠能聯(lián)合蘇州大學(xué)、長(zhǎng)春應(yīng)化所等學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)針對(duì)重大關(guān)鍵問(wèn)題協(xié)同創(chuàng)新攻關(guān)的校企合作模式，為構(gòu)建中國(guó)疊層電池產(chǎn)、學(xué)、研、用良性生態(tài)貢獻(xiàn)積極的力量。

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