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          我所制備出高效穩定的鈣鈦礦/晶硅疊層太陽電池

            近日,我所太陽能研究部薄膜太陽能電池研究組(DNL1606組)劉生忠研究員、王開副研究員團隊與中國科學院上海高等研究院李東棟研究員、中國科學院過程工程研究所苗青青研究員合作,設計并合成了不同烷基鏈長的聚離子液體,在寬帶隙鈣鈦礦與電子傳輸層之間構建了一個疏水的氫鍵聚合物網絡,制備出高效率的寬帶隙鈣鈦礦太陽電池和鈣鈦礦/晶硅疊層太陽電池。

            近年來,鈣鈦礦太陽電池因具有可低溫制備,生產成本低等優點受到大家的廣泛關注。單結鈣鈦礦太陽電池的認證能量轉化效率(PCE)迅速地從2009年的3.8%提高到現在的26.1%。為進一步提高現有太陽電池的效率,研究人員致力于制備疊層太陽電池。寬帶隙鈣鈦礦被認為是疊層電池中頂電池的理想吸收層,然而,寬帶隙鈣鈦礦電池的發展受限于器件電壓損失高、缺陷濃度高、光照相分離和鈣鈦礦與傳輸層能級失配等問題。劉生忠團隊長期致力于高效穩定的寬帶隙鈣鈦礦電池及其應用研究,早期采用兩親性的染料分子Z907構建自組裝單分子層并應用于帶隙為1.74eV的鈣鈦礦電池,獲得高效穩定器件,在室內光伏和全鈣鈦礦疊層電池領域中取得優異結果(Adv. Energy Mater.,2022)。隨后,團隊提出了環境老化提升寬帶隙鈣鈦礦電池的策略(Nano Energy,2023),制備出高效的寬帶隙鈣鈦礦電池。

            本工作中,該團隊設計并合成了不同烷基鏈長的聚離子液體,構建了一個疏水的氫鍵聚合物網絡,將其作為寬帶隙鈣鈦礦與電子傳輸層之間的界面鈍化層。該策略可以抑制非輻射復合損失,促進載流子傳輸,顯著提高開路電壓和填充因子,從而大幅提高器件效率。結果表明,優化后的單結寬帶隙鈣鈦礦電池效率達到23.18%,開路電壓達到1.25V。氫鍵聚合物網絡也可抑制離子遷移,并作為防止水和氧侵入的屏障層,使器件表現出出色的熱穩定性和濕度穩定性。該團隊進一步制備了鈣鈦礦/晶硅疊層太陽電池,器件效率達到28.24%,并展現出良好的運行穩定性。

            相關研究成果以“Hydrophobic Hydrogen-Bonded Polymer Network for Efficient and Stable Perovskite/Si Tandem Solar Cells”為題,于近日發表在《德國應用化學》(Angewandte Chemie International Edition)上。該工作的第一作者是我所DNL1606組博士研究生劉璐。上述工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、潔凈能源創新研究院合作基金等項目的資助。(文/圖 劉璐、徐翹楚)

            文章鏈接:https://doi.org/10.1002/anie.202317972 

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