表面改性可实现更有效的纹理钙钛矿/硅串联太阳能电池

太阳能电池上涂有特殊有机分子的涂层可以为新一代太阳能电池板铺平道路。正如研究小组在《应用化学国际版》杂志上报道的那样，这种涂层可以提高由硅和钙钛矿制成的单片串联电池的效率，同时降低成本，因为它们是由工业、微结构、标准硅晶片生产的。

在太阳能电池中，光将电子从半导体中“击出”，留下带正电的“空穴”。这两个电荷载体彼此分离，可以作为电流收集。

串联电池的开发是为了更好地利用整个太阳光光谱并提高太阳能电池效率。串联电池由两种不同的半导体制成，它们吸收不同波长的光。该技术的主要候选材料是硅和钙钛矿的组合，前者主要吸收红光和近红外光，后者非常有效地利用可见光。

单片串联电池是通过将两种半导体涂覆在支撑物上(一种在另一种之上)制成的。对于钙钛矿/硅系统，这通常是通过使用区域熔化工艺生产的具有抛光或纳米结构表面的硅晶片来实现的。然而，这些非常昂贵。

采用 Czochralski 工艺生产的硅晶片，其表面具有微米级金字塔结构元素，成本明显更低。这些微纹理可以更好地捕获光线，因为它们的反射率低于光滑表面。然而，用钙钛矿涂覆这些晶片的过程会导致晶格中出现许多缺陷，从而影响电子特性。

释放的电子的传输受到阻碍，电子-空穴复合越来越多地通过不发光的过程发生。钙钛矿层的效率和稳定性都会降低。

由姚凯教授领导的南昌大学团队、苏州麦克斯韦科技公司、中石油管材研究院(陕西)、香港理工大学、武汉理工大学和复旦大学(上海)联合研发了一种表面钝化策略，可以消除钙钛矿层的表面缺陷。

采用动态喷涂工艺涂覆具有三氟甲基的苯硫基铵化合物 (CF3-TEA)。这可形成非常均匀的涂层——即使在微纹理表面上也是如此。

由于其高极性和结合能，CF3-TEA 涂层非常有效地削弱了表面缺陷的影响。非辐射复合受到抑制，电子能级得到调整，因此界面处的电子可以更容易地转移到太阳能电池的电子捕获层。

使用 CF3-TEA 进行表面改性，使得基于普通纹理直拉硅晶片的钙钛矿/硅串联太阳能电池达到近 31% 的极高效率并保持长期稳定性。