北京時間7月24日，以“Peri-fused polyaromatic molecular contacts for perovskite solar cells”為題，西湖大學工學院王睿實驗室最新成果在線發表于《自然》雜志。他們開發了一種基于芘的共軛母核新分子（Py3）的新型空穴選擇接觸結構，用作倒置鈣鈦礦太陽能電池的空穴傳輸層，在不犧牲器件效率的前提下，能夠大幅度提升鈣鈦礦電池器件的穩定性。

也就是說，他們合成了一個新的分子，這個分子與鈣鈦礦電池器件的其中一層的設計有關，基于它制備出的鈣鈦礦電池，能夠更穩定、更持久。這也是王睿實驗室取得的第一個關于倒置鈣鈦礦電池的成果。

論文截圖 原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07712-6

鈣鈦礦太陽能電池一共有五層。在“正置”，也就是定義上正著放的電池中，自電池表面到內部為：透明導電氧化物、電子傳輸層、鈣鈦礦光吸收層、空穴選擇接觸層、金屬電極。在“倒置”，也就是倒著的電池中，電子傳輸層和空穴選擇接觸層的位置發生了對調，其余幾層不變。

能把光能轉化為電能的這類電池，最早誕生于2009年，迄今不過十余年。在這十數年間，無論是嘗試新的鈣鈦礦分子，還是在電池其他部分“動腦筋”，科學家們在細枝末節做的嘗試“萬變不離其宗”地主要圍繞著兩件事：提高它的效率，提升它的穩定性——這也是評判鈣鈦礦電池“表現”的兩個最關鍵的維度。

倒置，也正是領域內所作的探索之一。其實自2022年以來，倒置鈣鈦礦電池已經成為了新的“風潮”，因為人們發現，這類“后起之秀”的效率已經能追趕上正置，并且它的穩定性要更強，與疊層器件的兼容性表現也良好。

Py3分子

王睿團隊聯合擁有化學背景的浙江大學薛晶晶團隊，將所設計的結構一種基于芘的共軛母核的分子成功地合成了出來，并基于這種分子開發了一種新型空穴選擇接觸結構。這樣的結構用作倒置鈣鈦礦太陽能電池的空穴傳輸層時，能在不犧牲電池器件效率的前提下，大幅提升穩定性。

實驗顯示，以Py3作為空穴選擇性接觸層的鈣鈦礦太陽能電池，表現出了優異的光伏性能。其光電轉化效率顯著提高至26.1%（經第三方機構認證為25.7%），開路電壓和填充因子實現了巨大提升。

它更突出的成績在于穩定性。基于各項國際標準的老化測試，本研究發現以Py3為空穴傳輸層構筑的器件具有優異的運行穩定性，經擬合的運行壽命（T90）均超過10000小時（圖5）。而目前的鈣鈦礦電池的使用壽命在大約三千個小時左右，也就是說，這個新的小分子讓電池的使用時間翻了近三倍。

這個立志創造屬于中國自己的“追光”紀錄的實驗室，再次為鈣鈦礦領域作出了一次意義重大的探索。基于Py3的新型空穴選擇接觸結構，不但為倒置鈣鈦礦太陽能電池的空穴傳輸層提出了新的制作工藝更簡單、周期更短、成本更低的設計辦法，還保證效率的前提下，大幅度提升了鈣鈦礦電池器件的穩定性，延長了電池的使用壽命。接下來，這個團隊還將繼續優化分子設計。

對于不斷創新的王睿實驗室而言，這個課題也有著許多“第一”的標簽：這是王睿實驗室在鈣鈦礦電池空穴選擇接觸層，取得的第一個研究成果；自此，在鈣鈦礦太陽能電池五層的“山巒”上，都留下了他們探索成功的“旗幟”。

團隊合照，從左至右：劉情情、趙可、姚利兵

據悉，本項研究的第一作者為西湖大學-浙江大學聯合培養博士研究生趙可，西湖大學博士后劉情情、西湖大學助理研究員姚利兵為共同第一作者。西湖大學工學院PI王睿和浙江大學研究員薛晶晶為共同通訊作者。西湖大學理學院王鴻飛教授課題組為本項目和頻光譜分析方面以及浙江大學團隊學術帶頭人楊德仁院士對此工作提供了重要支持。

本工作受到了國家自然科學基金、浙江省自然科學基金、白馬湖實驗室，西湖大學未來產業中心，浙江省全省智能低碳生物合成重點實驗室等項目的資助以及西湖大學物質科學和分子科學實驗平臺的支持。

（本文圖片來源：西湖大學）

來源: 潮新聞

內容資源由項目單位提供