中國科學(xué)院胡勁松團隊精準(zhǔn)調(diào)控鈣鈦礦/聚合物界面

發(fā)表時間：2024/7/9 17:18:44

太陽能電池是實現(xiàn)清潔能源的重要途徑，但傳統(tǒng)硅基太陽能電池的效率受材料特性限制，無法充分利用所有光譜。近年來，鈣鈦礦太陽能電池憑借其高效、低成本和制備工藝簡單等優(yōu)點，成為具潛力的下一代光伏技術(shù)之一。然而，鈣鈦礦材料的穩(wěn)定性問題一直是制約其大規(guī)模應(yīng)用的瓶頸。

近期，中國科學(xué)院化學(xué)研究所胡勁松研究員領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊在Energy & Environmental Science 期刊上發(fā)表了一篇重要研究成果。他們巧妙地利用可調(diào)節(jié)的膦配體對鈣鈦礦/聚合物界面進行分子調(diào)控，成功地提高了鈣鈦礦太陽能電池的效率和穩(wěn)定性，突破了此前紀(jì)錄，將器件效率提升至25.08%！

胡勁松研究員，現(xiàn)任中國科學(xué)院化學(xué)研究所研究員，博士生導(dǎo)師。他長期致力于有機光電材料和器件、鈣鈦礦太陽能電池等方面的研究，在國際重要學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表SCI論文300余篇，被引用20000多次，獲授權(quán)發(fā)明40余項。他的研究團隊在鈣鈦礦太陽能電池領(lǐng)域做出了突出貢獻，曾獲國家自然科學(xué)獎二等獎等重要獎項。

【分子調(diào)控技術(shù)：破解鈣鈦礦太陽能電池性能瓶頸的關(guān)鍵】

該團隊的研究主要針對鈣鈦礦/聚合物界面處的嚴(yán)重復(fù)合損失問題。聚（3-己基噻吩）（P3HT）是一種無摻雜的空穴傳輸材料，因其對鈣鈦礦太陽能電池穩(wěn)定性提升的顯著潛力而備受關(guān)注。但是，鈣鈦礦/P3HT 界面的嚴(yán)重復(fù)合損失，一直是阻礙器件效率提升的重要瓶頸。

該研究團隊創(chuàng)新性地開發(fā)了一種利用可調(diào)節(jié)的膦配體來修飾鈣鈦礦/P3HT 界面的分子工程策略。他們發(fā)現(xiàn)，具有平衡電子性質(zhì)和空間結(jié)構(gòu)的膦配體可以與鈣鈦礦形成強烈的結(jié)合作用，不僅能鈍化鈣鈦礦深能級反位缺陷，抑制能量損失，還能優(yōu)化能級排列，促進載流子轉(zhuǎn)移，從而顯著提升太陽能電池的開路電壓和效率。

分子調(diào)控的顯著優(yōu)勢：

有效抑制能量損失: 通過與鈣鈦礦材料的特定作用，膦配體可以精準(zhǔn)地鈍化深能級反位缺陷，從而抑制電子-空穴復(fù)合過程，降低能量損失，提升電池的開路電壓和轉(zhuǎn)換效率。

優(yōu)化能級排列: 膦配體可以優(yōu)化鈣鈦礦和 P3HT 之間的能級匹配，促進載流子的轉(zhuǎn)移和收集，進而提升電池效率。

廣泛適用性: 該方法適用于各種帶隙的鈣鈦礦材料，包括 1.53 eV（CsFAPbI3）、1.7 eV（CsPbI3）和 1.9 eV（CsPbI2Br）等。

提升穩(wěn)定性: 通過改進的界面和無摻雜的空穴傳輸材料，該研究制備的太陽能電池表現(xiàn)出穩(wěn)定性，在加速老化條件下也展現(xiàn)了優(yōu)異的性能。

【突破效率新紀(jì)錄】

利用這種新穎的分子調(diào)控策略，研究團隊成功制備了各種帶隙的鈣鈦礦太陽能電池，并實現(xiàn)了顯著的效率提升： 25.08%（認(rèn)證值為 24.54%）、21.42% 和 18.39%。

研究團隊還使用光焱科技的 QE-R PV/太陽能電池量子效率光學(xué)儀進行量子效率測試，以精確地測量器件在不同光譜范圍內(nèi)的外量子效率 (EQE)。 QE-R 可以有效地揭示材料在不同光譜范圍下的光電轉(zhuǎn)化效率，并為進一步提升器件性能提供理論依據(jù)。

胡勁松研究員帶領(lǐng)的團隊，通過分子調(diào)控技術(shù)成功突破了鈣鈦礦太陽能電池的效率瓶頸，為鈣鈦礦太陽能電池走向產(chǎn)業(yè)化進程奠定了基礎(chǔ)。這一研究成果為推動太陽能光伏技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用做出了重要貢獻，也將促進光伏材料與器件的進一步研究，為清潔能源的發(fā)展做出更大的貢獻。

總結(jié)：

這項研究利用巧妙的分子調(diào)控策略，精確地調(diào)節(jié)鈣鈦礦與聚合物界面，顯著提高了鈣鈦礦太陽能電池的效率和穩(wěn)定性，達到了新的世界紀(jì)錄。這一創(chuàng)新性的成果為推動鈣鈦礦太陽能電池技術(shù)走向產(chǎn)業(yè)化進程提供了新的解決方案。

重要技術(shù)參數(shù)：

鈣鈦礦太陽能電池效率: 25.08% （認(rèn)證值為 24.54%）

關(guān)鍵技術(shù): 分子調(diào)控策略，膦配體界面調(diào)控

關(guān)鍵設(shè)備: 光焱科技的 QE-R PV/太陽能電池量子效率光學(xué)儀

參考文獻

Molecularly tailored perovskite/poly(3-hexylthiophene) interfaces for high-performance solar cells_Energy & Environmental Science 2024

【本研究參數(shù)圖】