中国光伏巨头隆基绿能又一次站到了全球光伏技术之巅!就在本周,其联合苏州大学在顶级学术期刊《自然》杂志上发表重磅研究成果,宣布成功研发出功率转换效率高达34.58%的串联钙钛矿-硅太阳能电池。这距离其去年9月公布的34.6%效率纪录仅咫尺之遥,而隆基目前保持的该类型电池世界纪录更是达到了惊人的34.85%,持续领跑全球光伏技术竞赛。
此次效率突破的核心秘密,在于一种名为 “HTL201” 的新型不对称自组装单层(SAM)材料。在钙钛矿电池中,空穴传输层(HTL) 如同电荷传输的“高速公路”,其性能至关重要。目前主流基于咔唑的SAM材料虽具有低吸收、快提取等优势,但在分子层厚度、排列密度和方向的控制上始终是业界难题,直接影响着电池的最终转换效率。
隆基研发团队独辟蹊径,打破了传统对称分子设计的桎梏。他们创新性地开发了一种不对称分子结构的咔唑基SAM(HTL201)。该分子的巧妙之处在于,在咔唑核心的苯环两侧,一侧连接着间隔基团,另一侧则是关键的膦酸锚定基团。这种独特设计带来了多重显著优势:
完美贴合,均匀覆盖: HTL201能更好地适应异质结硅电池底部的纹理化硅衬底表面,实现更均匀、致密的覆盖,大大减少了界面缺陷,提升了钝化效果。
精准“握手”,减少损耗: HTL201与上方的钙钛矿薄膜之间形成了强烈的配位相互作用。这种“强握手”效应,如同在电荷传输的关键接口处涂抹了高效“润滑剂”,显著抑制了埋藏界面处宝贵的载流子因非辐射复合而造成的能量损失。
能级优化,畅通无阻: HTL201优化了与钙钛矿以及下方透明导电氧化物(TCO) 复合层之间的能级对齐,确保了空穴能被更高效地提取和传输,同时进一步降低了界面复合损失。
为了将效率推向34.58%的高度,研发团队在电池结构设计上也下足了功夫:
顶部钙钛矿电池: 采用了银(Ag)金属接触、超薄氟化锂(LiF)层、短链乙烯二铵二碘化物(EDAI)分子、由富勒烯(C60)和氧化锡(SnO2)构成的电子传输层(ETL)、氧化铟锌(IZO)透明背接触、钙钛矿吸收层,以及核心的HTL201 空穴传输层。
底部硅电池: 采用了隆基擅长的双面纹理化异质结(HJT)硅电池作为基础。尽管论文未详述其是否采用了隆基近期在《自然》发表的另一项突破——效率27.3%的异质结背接触(BC)电池技术,但异质结本身的高效特性为叠层电池提供了坚实的基础。
这种精密的“三明治”结构协同工作,最大化地利用了太阳光谱。测试结果显示,面积为1 cm² 的电池在标准测试条件下,不仅实现了34.58% 的转换效率,其开路电压(Voc) 更是达到了惊人的2.001 V(接近单晶硅电池理论极限值的两倍),短路电流密度(Jsc) 为20.64 mA/cm²,填充因子(FF) 高达83.79%。正是HTL201对埋藏界面缺陷的有效钝化,显著提升了钙钛矿层的准费米能级分裂,才得以实现这标志性的2V高电压。