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華東師大方俊鋒ACS：有機(jī)硫化物 - 鹵化物鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)，推動(dòng)無電子傳輸層CsPbI?鈣鈦礦太陽(yáng)能電池邁向新高度！發(fā)表時(shí)間：2025-07-18 15:06
主要內(nèi)容 在清潔能源探索的征程中，華東師范大學(xué)方俊鋒教授、歐陽(yáng)威教授、李曉冬教授共同帶領(lǐng)科研團(tuán)隊(duì)開啟了一場(chǎng)突破性的研究之旅。在眾多新型光伏材料里，無機(jī)碘化鉛銫（CsPbI?）鈣鈦礦宛如一顆璀璨的明星，憑借其約1.70 eV的帶隙，成為兩端疊層器件中頂電池的不二之選，吸引了全球科研人員的目光。 01 破局：擺脫富勒烯衍生物的桎梏 然而，當(dāng)前頂電池中廣泛使用的富勒烯衍生物作為電子傳輸材料，卻像一道難以跨越的溝壑，制約著電池性能的進(jìn)一步提升。它不僅會(huì)對(duì)短波光線產(chǎn)生寄生吸收，導(dǎo)致大量光能白白浪費(fèi)，而且高昂的成本也使得其大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用舉步維艱。 面對(duì)這一困境，團(tuán)隊(duì)?wèi){借著深厚的專業(yè)知識(shí)和敏銳的科研洞察力，創(chuàng)新性地提出了一種界面修飾策略。他們精心選取半胱胺（CYS：NH??(CH?)?S?）和溴化鉛（PbBr?）作為“魔法材料”，在CsPbI?表面巧妙構(gòu)建了一層CYS(PbBr?)鈣鈦礦層，進(jìn)而形成異質(zhì)結(jié)。這一獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，成功取代了富勒烯衍生物，并獲得了更淺的費(fèi)米能級(jí)。就像為電子傳輸開辟了一條“高速通道”，無需富勒烯衍生物的參與，就能實(shí)現(xiàn)高效的電子轉(zhuǎn)移和傳輸。在實(shí)際操作中，團(tuán)隊(duì)將含半胱氨酸（CYS）、溴化鉛（PbBr?）和[6,6]-苯基-C??-丁酸甲酯（PCBM）的鈣鈦礦異質(zhì)層引入體系，充分利用其較淺費(fèi)米能級(jí)的優(yōu)勢(shì)，讓電子傳輸與提取變得更加順暢高效。 02 賦能：電極修飾按下效率“加速鍵” 不僅如此，團(tuán)隊(duì)還在電極修飾方面取得了重大突破。他們運(yùn)用1,3 - 雙(3,5 - 二(吡啶 - 3 - 基)苯基)萘（PDINN）對(duì)銀（Ag）電極進(jìn)行精細(xì)修飾，精準(zhǔn)調(diào)節(jié)其功函數(shù)。這一關(guān)鍵操作如同為電池性能的提升按下了“加速鍵”，使得倒置鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）實(shí)現(xiàn)了驚人的飛躍，從12.11%大幅提升至16.47%。 03 守護(hù)：強(qiáng)鍵筑牢電池穩(wěn)定“防線” 值得一提的是，CYS(PbBr?)中形成的強(qiáng)Pb?S鍵堪稱電池穩(wěn)定的“守護(hù)神”。它就像一層堅(jiān)固無比的“鎧甲”，能夠有效穩(wěn)定CsPbI?層。一方面，它作為防潮屏障，阻止水分侵入，保護(hù)電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)不受破壞；另一方面，它又作為相穩(wěn)定劑，確保電池在不同環(huán)境條件下都能保持穩(wěn)定的性能。在20%相對(duì)濕度下進(jìn)行的加速老化試驗(yàn)中，目標(biāo)器件展現(xiàn)出了**的穩(wěn)定性和耐久性，在600小時(shí)后仍能保持初始效率的63%，而對(duì)照器件在300小時(shí)內(nèi)就出現(xiàn)了明顯的性能退化，這一鮮明對(duì)比充分證明了該策略的有效性和優(yōu)越性。 本研究提出的無富勒烯策略，無疑為鈣鈦礦太陽(yáng)能電池領(lǐng)域的發(fā)展開辟了一條嶄新的道路。它不僅有望顯著降低疊層器件中的吸收損耗，提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率，還為解決清潔能源領(lǐng)域的關(guān)鍵問題提供了新的思路和方法，有望推動(dòng)整個(gè)行業(yè)邁向一個(gè)新的發(fā)展階段。
文獻(xiàn)信息 Organosulfide–Halide Perovskite Heterojunction Enables Electron Transport Layer-Free CsPbI3 Perovskite Solar Cells Ting Shu、Wenxiao Zhang、Xuemin Guo、Jianhong Xu、Yunjie Mao、Jun Liu、Haobo Yuan、Sheng Fu、Xiaodong Li、Wei Ou-Yang、Junfeng Fang https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.5c01776
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