【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，山東大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院教授于偉泳聯(lián)合學(xué)院教授李培洲、集成電路學(xué)院研究員王凌云、大連工業(yè)大學(xué)副教授王宇，在鈣鈦礦太陽能電池研究中取得重要進展，提出了一種利用共價有機框架提升鈣鈦礦太陽能電池的效率和穩(wěn)定性的新策略。同時，團隊利用無損剝離技術(shù)深入研究了鈣鈦礦底面，揭示了埋底界面修飾對于器件性能提升的關(guān)鍵作用。相關(guān)成果已分別發(fā)表在Advanced Materials(影響因子27.4)和Nano Energy(影響因子16.8)期刊上。
 

　　一、利用共價有機框架開發(fā)高效穩(wěn)定的鈣鈦礦太陽能電池
 

圖1. 利用PyPor-COF調(diào)控鈣鈦礦結(jié)晶過程并實現(xiàn)器件性能提升
 

　　鈣鈦礦層低結(jié)晶度和晶界缺陷是影響其性能與穩(wěn)定性的主要挑戰(zhàn)。研究團隊引入了一種堅固的光電咪唑連接卟啉基共價有機框架(PyPor-COF)，通過順序沉積法精確控制鈣鈦礦的結(jié)晶過程，并有效鈍化晶界缺陷(見圖1)。最終，采用PyPor-COF的鈣鈦礦太陽能電池在微型(0.09 cm2)和模組(面積1.0 cm2)器件中分別實現(xiàn)了24.10%和20.81%的功率轉(zhuǎn)換效率。未封裝的優(yōu)化器件在空氣中暴露2000小時后仍保持初始效率的80.39%，并展現(xiàn)出優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和光穩(wěn)定性。這一成果為COF在高效穩(wěn)定鈣鈦礦太陽能電池中的應(yīng)用提供了新的契機。該研究發(fā)表在Advanced Materials上，于偉泳教授、李培洲教授、王宇副教授為論文的共同通訊作者，山東大學(xué)博士研究生何正言、博士后欒天翔為共同第一作者。
 

　　二、利用螯合分子為高性能鈣鈦礦光伏電池制作良性埋底界面
 

圖2. 利用ILAA修飾鈣鈦礦埋底界面并實現(xiàn)高性能光伏器件
 

　　在n-i-p型鈣鈦礦太陽能電池中，鈣鈦礦層與SnO2層之間的埋底界面對器件性能起到至關(guān)重要的作用。然而，過去的研究大多集中在鈣鈦礦薄膜表面的修飾，而對埋底界面的研究相對較少。這一界面容易出現(xiàn)缺陷、空隙和不利的化學(xué)反應(yīng)，從而影響鈣鈦礦層的結(jié)晶質(zhì)量和穩(wěn)定性。為了解決這一問題，研究團隊引入了5,6-異丙基吡啶-L-抗壞血酸(ILAA)作為橋接分子。ILAA能夠有效減少埋底界面的無定形區(qū)域，并促進SnO2中Sn(II)向Sn(IV)的轉(zhuǎn)化，提升電荷傳輸效率。采用ILAA處理的微型器件實現(xiàn)了24.04%的光電轉(zhuǎn)換效率，25 cm2的模組器件轉(zhuǎn)換效率也達到了19.10%(圖2)。這項研究發(fā)表在Nano Energy上，于偉泳教授、王凌云研究員為論文的共同通訊作者，何正言為第一作者。
 

　　上述研究工作得到國家自然科學(xué)基金的資助。