科研进展 - 光电信息材料与器件实验室

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科研进展

Matter | 中国科学院宁波材料所在钙钛矿/硅叠层太阳能电池金字塔尖端钝化方面取得新进展

钙钛矿/硅叠层太阳能电池（PSTSCs）因具备突破单结硅电池理论效率极限的潜力，已成为下一代光伏技术的重要发展方向，其全球最高效率已达到35.0%。然而，在实际制备过程中，在工业级金字塔绒面硅衬底上制备钙钛矿层时，金字塔尖端处的钙钛矿薄膜往往过薄甚至出现针孔，导致局部的电学分流，显著降低了器件性能和稳定性。

2026-05-22

Nature Communications | 中国科学院宁波材料所在钙钛矿/TOPCon叠层太阳能电池中间连接层方面取得新进展

钙钛矿/硅叠层太阳能电池（PSTSCs）因具备突破单结硅电池理论效率极限的潜力，已成为极具商业前景的光伏技术。当前，隧穿氧化层钝化接触（TOPCon）技术已主导晶硅光伏市场，因此，开发与工业级TOPCon底电池兼容的高效叠层技术具有重要的产业化意义。

2026-05-15

Nature Nanotechnology｜宁波材料所在全钙钛矿叠层太阳能电池结晶调控方面取得新进展

全钙钛矿叠层太阳能电池因能够更充分地利用太阳光谱，并突破单结太阳能电池的理论效率极限，被认为是下一代高效光伏技术的重要发展方向之一。然而，全钙钛矿叠层器件通常由宽带隙和窄带隙钙钛矿子电池组成，其吸光层体系包含多种卤素离子或者金属离子。复杂的多组分特征使不同前驱体物种在成膜过程中容易出现成核和结晶速率不匹配，进而导致垂直组分分布不均、晶格应力积累、缺陷形成和非辐射复合增强，严重制约了器件效率和稳定性的进一步提升。

2026-05-06

Joule｜宁波材料所在全钙钛矿叠层太阳能电池的研究方面取得新进展

全钙钛矿叠层太阳能电池融合了宽带隙（WBG，1.7-1.8 eV）与窄带隙（NBG，1.2-1.3 eV）钙钛矿材料的优势，通过合理堆叠不同带隙的钙钛矿材料可以实现太阳光谱的充分利用，在新一代光伏器件中极具应用潜力。但其实际应用仍面临关键瓶颈，其根源在于胶体层面的核心问题：两类子电池胶体前驱体结晶动力学不匹配，溴基配合物溶解度低、配位剂对金属离子结合能力不均导致胶体体系不稳定，界面存在低配位金属离子，且光照会加剧溴/碘不可逆分离，进而引发相分离与缺陷累积，制约器件性能与稳定性。

2026-04-24

Nature Energy｜宁波材料所及其合作伙伴取得工业级TOPCon电池技术重大突破

隧穿氧化硅钝化接触（TOPCon）太阳能电池凭借其高效率和良好的规模化制造兼容性，已发展为占市场比例80%的主流技术。然而，工业级TOPCon电池距离其理论效率极限仍存在差距，效率每向前推进0.1%都需突破多重瓶颈，这些问题主要集中在器件电学性能不足，包括：发射极钝化质量有限、载流子传输损失偏高，背面接触结构中银扩散引发的界面退化、各工艺间的匹配等问题。这些痛点制约了TOPCon技术的产业化升级步伐。

2026-03-10

Joule｜宁波材料所在工业级高效TOPCon太阳能电池方面取得新进展

隧穿氧化层钝化接触（TOPCon）太阳能电池凭借其高效率与规模化制造优势，已迅速崛起为光伏领域的主流技术。截至2024年，其市场份额已突破晶硅光伏市场的70%。然而，工业级TOPCon电池仍面临几大关键挑战：栅线过宽带了较大的光学遮挡、银浆消耗量高导致平准化度电成本（LCOE）居高不下，以及传统背面全面积多晶硅结构所带来的寄生吸收问题，限制了电池的双面发电增益。因此，在提升效率的同时，兼顾成本下降与双面率优化，成为TOPCon技术进一步发展的关键。

2025-12-26

Nature Communications|宁波材料所在Sn–Pb窄带隙钙钛矿及全钙钛矿叠层太阳能电池的研究方面取得新进展

全钙钛矿叠层太阳能电池显示出突破Shockley–Queisser理论极限的巨大潜力。但其实际应用面临严峻挑战——多尺度物理耦合引发的自增强光-热-机械降解机制，是导致器件失效的关键。这一机制具体表现为：光激发产生载流子，非辐射复合产生局部热量；热量引发晶格膨胀和键振动，产生应力集中；应力导致Sn–I键断裂，形成空位和离子迁移通道；进一步加剧缺陷和非辐射复合，形成恶性循环，最终导致器件在数小时内性能急剧下降。

2025-12-09

Nature Communications|宁波材料所在提高钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池效率方面取得新进展

两端口钙钛矿/硅叠层太阳电池的功率转换效率（PCE）已飙升至35.0%，已突破单结太阳电池理论极限。尽管如此，相对于其45.1%的理论极限效率，仍有相当大的改进空间，尤其是在宽带隙钙钛矿顶电池方面。在叠层电池中，宽带隙钙钛矿顶电池的开路电压和填充因子仍显著低于窄带隙钙钛矿电池，其根本原因在于钙钛矿与载流子传输层界面存在严重的载流子复合及能级失配问题，尤其是在钙钛矿/C60界面。

2025-10-24

Nature Communications|宁波材料所在Sn–Pb窄带隙钙钛矿及全钙钛矿叠层太阳能电池的研究方面取得新进展

全钙钛矿串联太阳能电池在实现超越单结Shockley–Queisser极限的光电转换效率（PCE）方面展现出巨大潜力。然而，作为全钙钛矿串联器件关键部件的窄带隙锡铅（Sn–Pb）钙钛矿太阳能电池（PSCs），在长期光照下容易出现Sn²⁺被氧化为Sn⁴⁺的现象，伴随离子迁移、晶格应力集中和结构畸变等问题，严重制约了器件的稳定性和效率提升。

2025-08-20

Nature Communications|宁波材料所在全钙钛矿太阳能电池领域的研究取得新进展

全钙钛矿串联太阳能电池（TSCs）由宽带隙（WBG, 1.7-1.8 eV）的顶部电池与窄带隙（NBG, 1.2-1.3 eV）的底部电池组成，被认为是有望打破单结钙钛矿太阳能电池（PSCs）Shockley-Queisser （SQ）极限的一种方法。随着亚电池和互连层的快速发展，TSC的认证功率转换效率（PCE）已经达到了30.1%，作为具有成本效益的光伏（PV）技术显示出巨大的商业化潜力。宽带隙亚电池中NiOx与自组装单分子层（SAMs）之间的界面接触限制了TSC的效率和稳定性。在普通的强酸性磷酸自组装单分子层（PA-SAM）中，强酸性磷酸（PA）锚定会腐蚀活性NiOx，影响器件的稳定性。此外，SAM聚集会导致界面损失和开路电压（VOC）损失。

2025-05-22

宁波材料所在有机螺环基团OLED材料与器件研究中取得突破

面向超高清显示（UHD）技术的核心需求，红、绿、蓝窄谱带发光材料的研发已成逐渐成为OLED领域的研究热点。传统荧光材料由于局部激发态（1LE）的展宽效应，其半峰宽（FWHM）通常大于40 nm；而磷光材料则因配体-配体三重态电荷转移态（3LLCT）或配体-金属中心三重态电荷转移态（3MLCT）的电荷转移机制导致光谱展宽，难以满足UHD技术对高色纯度的严苛要求。基于硼/氮掺杂多环芳烃（B/N-PAHs）的多重共振热活化延迟荧光材料（MR-TADF），通过MR效应和刚性分子结构显著降低了材料的FWHM，展现出作为未来OLED材料的巨大潜力。然而，其刚性平面结构显著提高了单重态-三重态能隙（ΔEST），从而大幅衰减了反向系间窜越（RISC）速率，限制了器件效率的进一步提升。

2025-05-13

宁波材料所在绿色有机太阳能电池材料方面取得进展

面对全球气候变化与能源转型的双重挑战，开发高效、可持续的清洁能源技术已成为实现“双碳”目标的关键路径。在这一背景下，有机太阳能电池（Organic solar cells，OSCs）作为新一代的光伏技术，凭借质轻、透明、柔性等优点受到了广泛关注，在光伏建筑一体化、柔性可穿戴电子设备和物联网设备等领域具有十分广阔的应用前景。

2025-04-23

Nature Energy｜宁波材料所在柔性钙钛矿/铜铟镓硒叠层太阳电池研究方面取得进展

柔性钙钛矿/铜铟镓硒（CIGS）叠层太阳电池因其兼具钙钛矿优异的光电性能和CIGS出色的机械柔韧性，在轻质柔性化光伏领域展现出广阔的应用前景。然而，该体系面临的关键科学问题在于，粗糙的CIGS底电池表面会导致钙钛矿活性层难以实现均匀覆盖，同时传统自组装单分子（SAMs）空穴传输材料易发生团簇和界面脱附现象，这些因素严重制约了叠层器件（尤其是大面积器件）的光电转换效率和长期稳定性。因此，开发适用于粗糙表面的钙钛矿顶电池均匀生长技术，成为实现高效稳定柔性钙钛矿/CIGS叠层电池亟待解决的核心难题。

2025-04-18

Science Advances/宁波材料所在高效稳定柔性钙钛矿太阳能电池及其扩展制备方面取得进展

光伏技术是应对能源危机和气候变化、实现“双碳目标”的重要解决方案，其中，柔性钙钛矿太阳能电池（F-PSCs）因其相比于传统的晶硅太阳能电池具有高功质比、可低温/溶液加工、超薄轻柔等突出优势，在可穿戴/便携式设备移动电源、建筑光伏一体化、航空航天等领域具有广泛的应用前景。然而，钙钛矿在柔性衬底上的成膜结晶质量差、机械稳定性和运行稳定性亟需改良、大面积扩展制备可靠性有待提高，这些问题对F-PSCs的真正商业化提出了重要挑战。

2025-04-07

宁波材料所在高钝化p型TOPCon结构制备方面取得新进展

隧穿氧化硅钝化接触（TOPCon）太阳电池作为新一代高效晶体硅电池的主流技术，其实验室效率已超过26.5%，截至2024年，TOPCon太阳电池的装机容量超过1000 GW，预计未来几年将继续扩张。在光伏技术迭代的关键窗口期，基于TOPCon的背结（TBJ）及全背接触（TBC）电池因其大于27.5%的理论极限效率备受关注。然而，p型TOPCon结构受限于硼扩散诱导的界面缺陷和钝化性能不足，其隐含开路电压（iVoc）长期停滞在730 mV水平，严重制约了新一代高效电池结构发展，这一瓶颈的突破被视为行业技术升级的关键路径。

2025-04-02