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yexuqing木蟲之王 (文學泰斗)
太陽系系主任
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研究團隊突破鈣鈦礦電池穩(wěn)定性難題
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研究團隊突破鈣鈦礦電池穩(wěn)定性難題 近期,中國科學院合肥物質科學研究院研究員潘旭團隊在反式鈣鈦礦太陽電池傳輸層優(yōu)化方面取得重要進展,實現(xiàn)了太陽電池器件效率與穩(wěn)定性的雙重突破。相關成果發(fā)表于《自然-材料》。 鈣鈦礦太陽電池的效率已逼近27%大關,成為新一代光伏技術的研究熱點。此前,潘旭研究團隊通過均質化鈣鈦礦吸收層中的陽離子分布,為優(yōu)化吸收層提供了新思路。 在鈣鈦礦太陽電池的器件結構中,除核心的鈣鈦礦吸收層外,其兩側的半導體功能傳輸層對電荷分離與輸運起著關鍵支撐作用,直接影響器件的整體性能。其中,苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM)是當前廣泛應用的電子傳輸層材料,然而該材料在光照、高溫等典型環(huán)境應力作用下,易發(fā)生環(huán)加成反應并形成二聚體。這一變化不僅會導致材料電荷遷移率顯著下降、能帶結構遭到破壞,進而拉低器件光電轉換效率,還會進一步誘發(fā)器件穩(wěn)定性衰減,成為制約鈣鈦礦太陽電池實用化進程的重要瓶頸。 為此,研究團隊通過分析PCBM分子在鈣鈦礦不同表面終端的堆疊行為,發(fā)現(xiàn)PCBM的異質化取向是導致其生成二聚體的主要原因之一,進而設計了PCBM前驅體添加劑2,3,5,6 -四氟-4-碘苯甲酸(FIBA)。通過與PCBM分子的多相關作用,引導其在鈣鈦礦表面有序堆疊,均質化其取向,從而抑制環(huán)加成反應所必須的反應位點拓撲對齊,抑制二聚體的生成。 研究人員介紹,該方法制備的太陽電池實現(xiàn)了26.6%的實驗室級器件效率、25.3%的單元面積器件效率和21.3%的大面積組件效率。此外,所構筑的器件,在工況下的穩(wěn)定性同樣得到顯著提升,在高溫、高濕、持續(xù)光照的苛刻條件下,穩(wěn)定運行2000小時后仍能保持85%以上的初始性能。該工作為鈣鈦礦太陽電池的提效增穩(wěn)提供了可行的解決方案。 相關論文信息:https://www.nature.com/articles/s41563-025-02368-7 |

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