科研进展 - 光电信息材料与器件实验室

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科研进展

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

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

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

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

宁波材料所在超宽禁带半导体基日盲紫外探测领域取得系列进展

日盲紫外探测器（200-280nm）作为国防安全与环境监测的“火眼金睛”，在森林火灾预警、深空探测等领域发挥着不可替代的作用。然而，传统硅基器件受限于4.42 eV光子能量阈值，难以实现本征日盲特性，同时还存在暗电流高和热稳定性差等瓶颈。中国科学院宁波材料技术与工程研究所硅基太阳电池及宽禁带半导体团队在叶继春研究员与张文瑞研究员的带领下，以镓系超宽禁带半导体氧化物（Ga2O3和ZnGa2O4）为核心材料，围绕其本征日盲特性和耐极端环境等优势展开攻关，在缺陷调控、器件设计和系统应用方面取得系列研究进展。

2025-04-02

宁波材料所在n-i-p结构钙钛矿/硅叠层太阳能电池方面取得进展

作为目前光伏行业新兴的研究热点，钙钛矿/硅叠层太阳能电池的光电转换效率在过去的10年内迅速提升。目前钙钛矿/硅叠层太阳能电池的效率已经达到了34.6%，但与发展较为迅速的p-i-n结构相比，n-i-p结构的钙钛矿/硅叠层太阳能电池发展却较为缓慢，主要原因在于n-i-p结构钙钛矿/硅叠层太阳能电池缺乏理想的空穴传输层，该层需要具备优异的透明度和长期的稳定性，并拥有与传统高效的spiro-OMeTAD相当的器件性能。

2025-03-10

宁波材料所在窄发射绿光OLED材料与器件研究中取得突破

全球数字经济的迅猛发展推动了高清显示（UHD）技术的快速进步。作为UHD技术的关键组成部分，有机电致发光显示（OLED）技术也得到了蓬勃的发展。高性能、高色纯度的窄谱带OLED材料是发展OLED技术的核心要素，必须满足特定的发光光谱和极窄的半峰宽要求，以符合UHD显示的BT.2020标准。值得注意的是，当前商业化的荧光和磷光发光体系由于半峰宽值较大，始终未能突破高清显示技术对色纯度的严苛要求。相比之下，基于多重共振原理的窄带OLED材料能够有效实现窄发光光谱，成为目前解决这一问题的有效途径。

2025-02-28

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

最近，两端口反式钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池（PVSK/ Si TSCs）取得了显著进展，经认证的功率转换效率达到34.6%。然而，通过将已达到的性能与理论极限值44.3%进行比较，可以发现，尽管PVSK/Si TSC的JSC（短路电流密度）/JSQ达到了96%（表明近乎完美的光管理），但其VOC（开路电压）×FF（填充因子）只能达到S-Q极限的80%左右或更低，明显低于钙钛矿和硅单结太阳能电池分别达到的87%和85%。这表明PVSK/ Si TSCs在载流子管理方面仍有很大的改进空间。

2025-02-21

宁波材料所在超宽禁带半导体材料与器件研究方面取得进展

以氧化镓（Ga2O3）和金刚石（Diamond）为代表的超宽禁带半导体材料，具有禁带宽度大、击穿电场高、巴利加优值高、抗辐射能力强等优异性能，可以更好地满足功率电子器件在高功率、高温、高频以及高辐射等极端工况的使用需求，应用前景广阔。

2025-01-22