華電李美成Joule：25.57%！可控電解摻雜策略，實現(xiàn)高效穩(wěn)定PSCs

發(fā)表時間：2025-09-10 11:08

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主要內(nèi)容

鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）在太陽能捕獲與高效利用領(lǐng)域展現(xiàn)出非凡潛力，是當下新能源研究的熱點方向。目前，鈣鈦礦太陽能電池正處在從實驗室研究向大規(guī)模實際應用跨越的關(guān)鍵節(jié)點。在這一進程中，作為空穴傳輸關(guān)鍵材料的有機半導體，其性能優(yōu)化對于提升電池整體效能至關(guān)重要。

然而，傳統(tǒng)采用雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰（LiTFSI）對有機半導體進行摻雜的方法，存在明顯弊端。該方法的氧化過程不僅復雜耗時，還會殘留大量鋰，嚴重影響器件的穩(wěn)定性，成為制約鈣鈦礦太陽能電池發(fā)展的瓶頸之一。

在此背景下，華北電力大學李美成教授帶領(lǐng)其科研團隊迎難而上，經(jīng)過不懈探索，首次創(chuàng)新性地提出了一種新型電解摻雜策略用于調(diào)控有機半導體。這一策略實現(xiàn)了對摻雜程度的可定量精準控制，且鋰殘留量幾乎可以忽略不計。其獨特之處在于，巧妙地借助空穴和電子的氧化還原劑，分別選擇性地將有機半導體氧化為自由基，同時將鋰還原為鋰原子，與傳統(tǒng)使用化學添加劑的摻雜方法有著本質(zhì)區(qū)別。

這種新型電解摻雜策略具有廣泛的通用性，適用于多種半導體材料，如2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴（Spiro）、聚[雙(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]（PTAA）、聚(3-己基噻吩-2,5-二基)（P3HT）等。實驗結(jié)果顯示，采用電解Spiro的正型鈣鈦礦太陽能電池效率高達26.12%，且儲存穩(wěn)定性顯著提升，在環(huán)境空氣中老化5000小時后，仍能保持初始效率的95%以上。而采用電解PTAA的反式鈣鈦礦太陽能電池效率達到25.57%，在N?氛圍下連續(xù)光照1400小時后，仍能保持初始效率的90%以上，展現(xiàn)出**的穩(wěn)定性。

李美成教授團隊的這一開創(chuàng)性研究成果，為半導體調(diào)控提供了一種具有獨特機制的新技術(shù)，為攻克鈣鈦礦太陽能電池商業(yè)化進程中的關(guān)鍵難題提供了新思路，為推動該領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展注入了強大動力，帶來了更多機遇。