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港城大朱宗龍Nat. Photonics：通過抑制空穴選擇性接觸層中的分子間聚集，實現(xiàn)高效鈣鈦礦太陽能電池

發(fā)表時間：2025-07-24 10:35

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主要內(nèi)容

空穴選擇性接觸層作為鈣鈦礦太陽能電池的關(guān)鍵組成部分，其性能優(yōu)化對于提升電池整體效能至關(guān)重要。然而，在溶液加工過程中，小分子材料普遍存在沉積不均、易團聚的難題。這不僅會導致電池的光電轉(zhuǎn)換效率大幅降低，使得光能到電能的轉(zhuǎn)化過程損耗增加；還會造成電池性能的一致性變差，不同批次產(chǎn)品性能波動明顯；同時嚴重削弱電池的長期運行穩(wěn)定性，縮短其實際使用壽命，成為制約鈣鈦礦太陽能電池大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的核心瓶頸。

創(chuàng)新性探索：D4PA 分子與鈣鈦礦薄膜共沉積

在此嚴峻挑戰(zhàn)下，香港城市大學朱宗龍教授、李忠安教授和曾曉成教授帶領(lǐng)團隊展開創(chuàng)新性探索。他們**匠心地將一種新型 p 型小分子（D4PA）與鈣鈦礦薄膜進行共沉積。D4PA 分子內(nèi)的碳 - 碳（C–C）偶聯(lián)結(jié)構(gòu)賦予其獨特優(yōu)勢，該結(jié)構(gòu)如同精密的“分子鎖”，使 D4PA 能夠與鈣鈦礦和基底形成強力的多錨定相互作用。這種相互作用構(gòu)建起穩(wěn)固的界面連接，極大地優(yōu)化了界面電荷傳輸通道，顯著提升了電荷傳輸效率，有效減少了電荷在界面處的復(fù)合損失。與此同時，C–C 偶聯(lián)引入的空間位阻效應(yīng)，使分子形成扭曲構(gòu)象，如同為分子設(shè)置了“隔離屏障”，有效抑制了分子團聚現(xiàn)象，不僅延長了溶液的可加工時間窗口，還大幅提高了器件性能的可重復(fù)性。

**成果：高效穩(wěn)定器件性能的突破

團隊所制備的小面積器件經(jīng)權(quán)威第三方機構(gòu)認證，光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）高達 26.72%，**功率點跟蹤效率（MPPT）達 26.14%。這一效率指標處于國際領(lǐng)先水平，為高效鈣鈦礦太陽能電池的研發(fā)樹立了新的里程碑。在有效面積為 10.86 cm2的微型組件中，光電轉(zhuǎn)換效率達到 23.37%，MPPT 效率經(jīng)認證為 22.66%，這一成果在大面積組件制備領(lǐng)域具有重大突破意義，為鈣鈦礦太陽能電池的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用鋪平了道路。更為矚目的是，在**功率點（MPP）下連續(xù)運行 2500 小時后，器件仍能保持初始效率的 97.2%以上，展現(xiàn)出超強的運行穩(wěn)定性，充分證明了該技術(shù)在實際應(yīng)用中的可靠性和耐久性。

深遠意義：為鈣鈦礦電池發(fā)展提供新方向

綜上所述，該團隊的研究成果充分證實，具有碳 - 碳（C–C）偶聯(lián)的 D4PA 分子通過分子內(nèi)氫鍵以及與鈣鈦礦和基底的多位點錨定作用，形成了高度穩(wěn)固的結(jié)構(gòu)，顯著增強了基底和鈣鈦礦層之間的粘附性與均勻性。這些改進有力地促進了界面電荷傳輸，大幅減少了非輻射復(fù)合。特別是 D4PA 分子產(chǎn)生的空間位阻效應(yīng)，有效抑制了分子團聚，延長了溶液可加工性，提高了器件的一致性。此次研究不僅在效率指標上取得重大突破，更在穩(wěn)定性方面表現(xiàn)**，為開發(fā)高效穩(wěn)定的鈣鈦礦太陽能電池用新型 p 型小分子提供了全新的思路和理論依據(jù)，對推動鈣鈦礦太陽能電池技術(shù)的進一步發(fā)展具有深遠意義。

文獻信息

High-efficiency perovskite solar cells enabled by suppressing intermolecular aggregation in hole-selective contacts

Danpeng Gao, Bo Li, Xianglang Sun, Qi Liu, Chunlei Zhang, Liangchen Qian, Zexin Yu, Xintong Li, Xin Wu, Baoze Liu, Ning Wang, Francesco Vanin, Xinxin Xia, Jie Gong, Nan Li, Xiao Cheng Zeng, Zhong’an Li & Zonglong Zhu

https://www.nature.com/articles/s41566-025-01725-x