近期，中國科學院合肥物質科學研究院固體物理研究所研究員潘旭團隊，在反式鈣鈦礦太陽電池傳輸層優化方面取得進展，實現了太陽電池器件效率與穩定性的雙重突破。
此前，團隊通過均質化鈣鈦礦吸收層中的陽離子分布，為優化吸收層提供了新思路。在鈣鈦礦太陽電池器件結構中，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發揮支撐作用，影響器件整體性能。其中，苯基-C61-丁酸甲酯（PCBM）是廣泛應用的電子傳輸層材料。但是，該材料在光照、高溫等典型環境應力作用下，易發生環加成反應并形成二聚體。這一變化會導致材料電荷遷移率下降、能帶結構遭到破壞，進而拉低器件光電轉換效率，并使器件穩定性衰減，成為制約鈣鈦礦太陽電池實用化進程的瓶頸。
團隊通過分析PCBM分子在鈣鈦礦不同表面終端的堆疊行為，發現PCBM的異質化取向是其生成二聚體的主要原因之一。團隊進一步設計了PCBM前驅體添加劑2,3,5,6 -四氟-4-碘苯甲酸，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，從而抑制環加成反應所必需的反應位點拓撲對齊，并抑制二聚體生成。
該方法制備的太陽電池，實現了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。同時，這一方法所構筑的器件，在工況下的穩定性同樣得到提升，且在高溫、高濕、持續光照的苛刻條件下，穩定運行2000小時后仍可保持85%以上的初始性能。上述工作為鈣鈦礦太陽電池的提效增穩提出了可行的解決方案。
相關研究成果發表在《自然-材料》（Nature Materials）上。研究工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中國科學院穩定支持基礎研究領域青年團隊計劃的支持。
論文鏈接
（a）鈣鈦礦電池結構及添加劑分子示意圖；（b）PCBM電子傳輸材料二聚化及添加劑作用機理；（c-f）分子動力學模擬結果示意圖；（g-h）太陽電池器件效率
本文鏈接：反式鈣鈦礦太陽電池傳輸層優化研究獲進展http://www.sq15.cn/show-12-1946-0.html
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