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)模應用的瓶頸。

近期，中國科學院化學研究所胡勁松研究員領導的研究團隊在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節(jié)的膦配體對鈣鈦礦/聚合物界面進行分子調控，成功地提高了鈣鈦礦太陽能電池的效率和穩(wěn)定性，突破了此前紀錄，將器件效率提升至25.08%！

胡勁松研究員，現(xiàn)任中國科學院化學研究所研究員，博士生導師。 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，在國際重要學術期刊上發(fā)表SCI論文300余篇，被引用20000多次，獲授權發(fā)明40余項。 他的研究團隊在鈣鈦礦太陽能電池領域做出了突出貢獻，曾獲國家自然科學獎二等獎等重要獎項。

【分子調控技術：破解鈣鈦礦太陽能電池性能瓶頸的關鍵】

該團隊的研究主要針對鈣鈦礦/聚合物界面處的嚴重復合損失問題。 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注。 但是，鈣鈦礦/P3HT 界面的嚴重復合損失，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)，具有平衡電子性質和空間結構的膦配體可以與鈣鈦礦形成強烈的結合作用， 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，促進載流子轉移，從而顯著提升太陽能電池的開路電壓和效率。

分子調控的顯著優(yōu)勢：

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

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。

【突破效率新紀錄】

利用這種新穎的分子調控策略， 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)。

胡勁松研究員帶領的團隊， 通過分子調控技術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。 這一研究成果為推動太陽能光伏技術的發(fā)展和應用做出了重要貢獻， 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：

這項研究利用巧妙的分子調控策略，精確地調節(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， 達到了新的世界紀錄。 這一創(chuàng)新性的成果為推動鈣鈦礦太陽能電池技術走向產(chǎn)業(yè)化進程提供了新的解決方案。

重要技術參數(shù)：

鈣鈦礦太陽能電池效率: 25.08% （認證值為 24.54%）

關鍵技術: 分子調控策略，膦配體界面調控

關鍵設備: 光焱科技的 QE-R PV/太陽能電池量子效率光學儀

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】

Fig S2d.   . Simulated interaction model between phosphine ligands and Pb

Fig S5. Photovoltaic parameters analysis of reported high-efficiency PSCs

Fig S11. Tauc plots of (A) CsPbI2Br and (B) CsPbI2Br/PP3 films。

Fig S16. J-V curves of CsPbI2Br PSCs with different PP3 concentrations。

Fig. S17. J-V curves of the CsPbI2Br PSC measured at different scan directions.

上述研究數(shù)據(jù)來自光焱科技 _ QE-R 光伏/太陽能電池 EQE 完整解決方案

推薦設備

QE-R 光伏 / 太陽能電池量子效率測量解決方案

文獻參考自Energy & Environmental Science 2024, DIO: 10.1039/D4EE02251C

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