桂電張堅(jiān)small：GUP修飾策略降低埋底界面能量損失，實(shí)現(xiàn)高效碳基介孔PSCs

發(fā)表時(shí)間：2025-08-08 11:19

標(biāo)圖.png

主要內(nèi)容

在當(dāng)今能源轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時(shí)期，太陽能作為一種清潔、可再生的能源，其高效利用對(duì)于緩解能源危機(jī)、減少環(huán)境污染具有至關(guān)重要的意義。碳基介觀鈣鈦礦太陽能電池（C-MPSCs）憑借其獨(dú)特的可印刷制造工藝以及出色的穩(wěn)定性，在眾多太陽能電池技術(shù)中脫穎而出，迅速成為光伏領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，吸引了全球科研人員的廣泛關(guān)注。然而，如同所有新興技術(shù)一樣，C-MPSCs在發(fā)展過程中也面臨著諸多挑戰(zhàn)。其中，埋底界面處存在的非輻射復(fù)合損失問題尤為突出，它就像一道難以跨越的溝壑，嚴(yán)重阻礙了C-MPSCs光電轉(zhuǎn)換效率的進(jìn)一步提升，成為制約其大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵瓶頸。

01

創(chuàng)新性研究：GUP 修飾劑的引入與應(yīng)用

在此關(guān)鍵背景下，桂林電子科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院院長(zhǎng)張堅(jiān)教授帶領(lǐng)其科研團(tuán)隊(duì)，憑借深厚的專業(yè)知識(shí)和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，以敏銳的科研洞察力和勇于創(chuàng)新的精神，開展了一項(xiàng)**創(chuàng)新性的研究。他們**匠心地將磷酸脲衍生物作為 C-MPSCs 埋底界面的修飾劑加以應(yīng)用，為解決這一難題帶來了新的希望，也為鈣鈦礦太陽能電池領(lǐng)域的發(fā)展開辟了新的方向。

在介孔二氧化鈦（m-TiO2）層中，團(tuán)隊(duì)精心選用的胍基脲磷酸鹽（GUP）展現(xiàn)出了**的性能。它能夠與 TiO2 發(fā)生特異性相互作用，這種相互作用如同精密的分子鎖與鑰匙的契合，精準(zhǔn)錨定在 m-TiO2 表面。隨后，在鈣鈦礦/m-TiO2 界面處巧妙構(gòu)建起一座穩(wěn)固的分子橋。這座分子橋宛如高效的“電荷傳輸通道”，不僅有助于電荷載流子的高效提取，還能**程度地減少非輻射復(fù)合損失，讓電荷能夠更加順暢地傳輸，就像為電流的流動(dòng)開辟了一條暢通無阻的高速公路，從而顯著提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率。

同時(shí)，GUP 還可分別對(duì)鈣鈦礦中懸空的 Pb2?和 I?空位缺陷進(jìn)行有效鈍化，就像一位技藝精湛的“修復(fù)大師”，精準(zhǔn)修復(fù)這些缺陷，提升鈣鈦礦材料的質(zhì)量，為電池的高效穩(wěn)定運(yùn)行奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

02

多維度作用：GUP 對(duì)電池性能的積極影響

此外，GUP 在鈣鈦礦結(jié)晶過程中也發(fā)揮著至關(guān)重要的調(diào)控作用。它能夠像一位細(xì)心的“時(shí)間掌控者”，減緩鈣鈦礦結(jié)晶速度，為孔隙填充提供充足的時(shí)間，促進(jìn)孔隙填充更加充分，使鈣鈦礦層更加致密均勻。同時(shí)，它還能降低器件中的殘余應(yīng)力，優(yōu)化能級(jí)排列，使整個(gè)電池系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換更加高效，就像對(duì)一臺(tái)精密儀器進(jìn)行了精準(zhǔn)的調(diào)試，讓其運(yùn)行更加穩(wěn)定、高效。

得益于這些積極影響，采用 GUP 修飾的 C-MPSCs 光電轉(zhuǎn)換效率從對(duì)照器件的 18.22%顯著提升至 19.78%，實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍，這一數(shù)據(jù)充分證明了 GUP 修飾策略的有效性。而且，采用 GUP 的 C-MPSCs 在空氣儲(chǔ)存、熱老化和濕熱穩(wěn)定性測(cè)試中均展現(xiàn)出了令人矚目的優(yōu)異穩(wěn)定性，為電池的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行提供了有力保障，大大增強(qiáng)了其在實(shí)際應(yīng)用中的可行性和可靠性。

從更深入的性能對(duì)比來看，張堅(jiān)教授團(tuán)隊(duì)的研究成果更加令人振奮。與開路電壓（Voc）為 0.990 V、填充因子（FF）為 77.82%、光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）為 18.22%的對(duì)照**器件相比，經(jīng) GUP 修飾的** C-MPSCs 實(shí)現(xiàn)了 Voc 為 1.021 V、FF 為 80.72%、PCE 為 19.78%的性能提升，各項(xiàng)性能指標(biāo)均得到了顯著優(yōu)化。這不僅體現(xiàn)了 GUP 修飾在提升電池效率方面的**效果，也反映了團(tuán)隊(duì)在材料設(shè)計(jì)和性能優(yōu)化方面的深厚功底。

03

研究?jī)r(jià)值與展望：推動(dòng)鈣鈦礦太陽能電池發(fā)展

值得注意的是，GUP 修飾穩(wěn)定了鈣鈦礦的[PbI6]??八面體框架，有效緩解了殘余應(yīng)力，從而賦予 C-MPSCs 優(yōu)異的穩(wěn)定性。在環(huán)境空氣中儲(chǔ)存 3100 小時(shí)后，含 GUP 的 C-MPSCs 仍保持其初始效率的 90.3%，展現(xiàn)出強(qiáng)大的抗環(huán)境干擾能力，就像一位堅(jiān)韌的戰(zhàn)士，能夠在惡劣的環(huán)境中堅(jiān)守崗位。在氮?dú)夥諊?85℃下進(jìn)行 625 小時(shí)熱老化以及在濕熱穩(wěn)定性測(cè)試（85℃、70 ± 5%相對(duì)濕度）中經(jīng)歷 575 小時(shí)后，經(jīng) GUP 修飾的 C-MPSCs 分別保留了其初始效率的 85.4%和 83.2%，進(jìn)一步證明了其在不同惡劣環(huán)境下的穩(wěn)定性能，為其在實(shí)際應(yīng)用中的廣泛推廣提供了堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)支持。

該研究具有重大的科學(xué)意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。它為消除 C-MPSCs 埋底界面處的非輻射復(fù)合損失提供了一條切實(shí)可行的技術(shù)路徑，為鈣鈦礦太陽能電池領(lǐng)域的發(fā)展注入了新的活力。通過采用 GUP 修飾策略，不僅提高了電池的光電轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性，還為后續(xù)的研究提供了新的思路和方法。相信在張堅(jiān)教授團(tuán)隊(duì)的引領(lǐng)下，隨著研究的不斷深入和技術(shù)的不斷完善，C-MPSCs 有望在未來的能源領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，為解決全球能源問題做出積極貢獻(xiàn)，推動(dòng)人類社會(huì)向更加清潔、可持續(xù)的能源未來邁進(jìn)。