浙大團隊設計新型分子給太陽能電池"補鈣"長壽

: 電力網; 2024-07-29; 瀏覽：

7月24日，浙江大學材料科學與工程學院楊德仁院士團隊中的薛晶晶課題組在《自然》（Nature）上發表研究成果，用一種具有不含雜原子的共軛骨架新型分子材料制造的鈣鈦礦太陽能電池，不僅增強光電轉化效率，而且在各種加速老化測試中大幅改善使用壽命。

近年來，一種名為“鈣鈦礦”的新型太陽能電池材料引起業界關注。但是，鈣鈦礦太陽能電池在實際應用中還存在一個難題：穩定性問題。即這種新型電池在長期使用中容易退化，難以滿足工業應用的可靠性要求。

鈣鈦礦太陽能電池的結構，就如一根頭發絲厚度的“漢堡”。中間的一層是發電的核心——鈣鈦礦材料。傳統上，人們常用一些含有雜原子（如N、S、O等）的有機小分子作為空穴傳輸層材料。薛晶晶說，“我們要實現高效電荷傳輸，同時構建具有本征穩定性的共軛母核結構，以提高鈣鈦礦太陽能電池的長期工作穩定性。”

該課題組為空穴傳輸層設計了一種具有全碳基共軛骨架的新分子結構，命名為Py3。這種分子的共軛骨架結構沒有摻雜原子，而是由稠環芳烴結構構成的純碳骨架，在提高器件光電轉換效率的同時，還顯著增強了器件的運行穩定性。圖片

據薛晶晶介紹，這項利用Py3作為空穴傳輸層的研究成果，來源于一個興趣試驗的“意外”收獲。論文的第一作者、2021級博士生趙可，利用市面上可以買到的一種分子材料，制作出鈣鈦礦太陽能電池。之后，薛晶晶對分子結構進行重新設計和修飾，得到Py3——這個由四個環組成、簡單且未被國際數據庫收納的分子結構。

Py3分子具有高化學惰性和結構剛性，能夠在界面處表現出優異的空穴傳導性能。通過系統的溫度依賴性光譜研究發現，Py3的分子間堆積顯著增強，采用Py3構建的鈣鈦礦太陽能電池實現26.1%的光電轉換效率，目標器件在不同加速老化試驗的模型下T90壽命均超過10000小時，將進一步推進鈣鈦礦光伏技術的產業化進程。