大化所劉生忠Nat. Commun.：PCE31.57%！ACCM助力鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池性能新飛躍

主要內(nèi)容

鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池（TSCs）宛如一把鑰匙，為提升太陽能轉(zhuǎn)換效率、實現(xiàn)**成本效益開啟了**前瞻性的大門。然而，要在納米紋理硅襯底上制備出厚度達1微米的高質(zhì)量寬禁帶鈣鈦礦薄膜，這無疑是一道**挑戰(zhàn)性的難關(guān)。

面對這一難題，由中國科學院大連化學物理研究所研究員與陜西師范大學共聘的 劉生忠教授、中國科學院大連化學物理研究所 王開研究員、上海大學環(huán)境與化學工程學院 馬靜副研究員以及湖北大學新能源與電氣工程學院 張旭副教授強強聯(lián)合，帶領(lǐng)團隊踏上了一場探索之旅。團隊從理論層面出發(fā)，基于密度泛函理論原理和布朗斯臺德酸堿化學，經(jīng)過精心鉆研，成功設(shè)計出一種兩性共平面共軛分子（ACCM）。這種分子堪稱“神奇”，其內(nèi)部各官能團之間存在誘導效應(yīng)，使得它能夠以多種離子形式穩(wěn)定存在。再加上它固有的π - π堆積效應(yīng)，ACCM就像一個“多面手”，能夠與鈣鈦礦組分形成多種強相互作用，從而精準地調(diào)控結(jié)晶動力學過程，并對缺陷進行高效鈍化。

得益于這一創(chuàng)新設(shè)計，鈣鈦礦薄膜仿佛被注入了新的活力，其體相和界面性能均得到了顯著提升。即便薄膜厚度達到1微米，它依然能夠穩(wěn)定地保持優(yōu)異的光電性能，如同一位身經(jīng)百戰(zhàn)的戰(zhàn)士，在各種條件下都能發(fā)揮出強大的戰(zhàn)斗力。最終，團隊成功研制出鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池，其效率高達31.57%，一舉躋身疊層太陽能電池領(lǐng)域的**行列，同時在戶外條件下展現(xiàn)出**的長期穩(wěn)定性，為太陽能電池的實用化邁出了堅實的一步。

在對ACCM深入研究的基礎(chǔ)上，團隊進一步以苯甲酸為基石，展開添加劑工程研究。借助密度泛函理論（DFT）計算和布朗斯臺德酸堿理論這兩大“利器”，團隊設(shè)計出一種專門用于鈣鈦礦的功能性兩性共平面共軛分子（ACCM），并將其命名為MBC。

MBC與鈣鈦礦之間的相互作用十分強大，就像磁鐵與鐵釘一樣緊密結(jié)合。這使得它在調(diào)控結(jié)晶過程和鈍化缺陷方面表現(xiàn)**，堪稱鈣鈦礦的“貼心管家”。添加MBC后，鈣鈦礦薄膜的結(jié)晶動力學過程明顯減緩，薄膜的取向更加合理，結(jié)晶度也大幅提高。這就好比給建筑打下了堅實的基礎(chǔ)，不僅降低了體相缺陷密度，還顯著提升了薄膜的導電性，讓電荷能夠更加順暢地流動。與此同時，MBC還能像一位技藝精湛的工匠，優(yōu)化埋底界面的形貌，有效緩解界面應(yīng)力，進而促進高效的電荷傳輸過程，抑制非輻射復合現(xiàn)象的發(fā)生，為鈣鈦礦太陽能電池的高效運行提供了有力保障。

通過使用MBC，團隊成功制備出高質(zhì)量的鈣鈦礦薄膜以及微米級厚度的薄膜。基于這些優(yōu)質(zhì)薄膜，單結(jié)鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）分別實現(xiàn)了23.55%和22.47%的顯著效率，并且在各種條件下均展現(xiàn)出**的穩(wěn)定性，如同堅固的堡壘，經(jīng)得起時間的考驗。最后，基于MBC的鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池（TSC）實現(xiàn)了31.57%的光電轉(zhuǎn)換效率（PCE），同時在戶外條件下依舊保持著優(yōu)異的穩(wěn)定性，再次證明了該研究的重大價值。

本研究不僅為設(shè)計高效的鈣鈦礦添加劑分子提供了寶貴的見解，就像在黑暗中為探索者點亮了一盞明燈；也為進一步提升疊層太陽能電池的性能指明了**前景的研究方向，為太陽能電池領(lǐng)域的未來發(fā)展注入了新的動力。

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