華電李美成Matter：26.55%！異構(gòu)連接體 J2/J5 讓倒置鈣鈦礦電池效率穩(wěn)定性雙飛躍

主要內(nèi)容

近年來，倒置結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）已發(fā)展成為**潛力的光伏技術(shù)，備受全球光伏行業(yè)廣泛關(guān)注，其單結(jié)器件的認(rèn)證效率已突破 27.0%。然而，與異質(zhì)界面密切相關(guān)的穩(wěn)定性問題，始終是制約該類器件向商業(yè)化量產(chǎn)推進(jìn)的核心技術(shù)瓶頸。對此，華北電力大學(xué)李美成教授、黃浩研究員團(tuán)隊(duì)等人，針對這一行業(yè)關(guān)鍵痛點(diǎn)，通過理性分子設(shè)計(jì)與精準(zhǔn)合成，成功制備出兩種新型菲咯啉基異構(gòu)體功能材料（命名為 J2 和 J5）。

研究團(tuán)隊(duì)借助鈴木 - 宮浦偶聯(lián)反應(yīng)（Suzuki-Miyaura coupling）這一高效有機(jī)合成手段，對菲咯啉分子 2 位與 5 位的反應(yīng)位點(diǎn)進(jìn)行精準(zhǔn)修飾與調(diào)控，使 J2 和 J5 能夠與器件的頂 / 底異質(zhì)界面實(shí)現(xiàn)無縫適配 —— 其中 J2 表現(xiàn)出同向結(jié)合能力，J5 具備反向結(jié)合特性。尤為關(guān)鍵的是，得益于分子間的 π-π 堆積作用與選擇性金屬配位效應(yīng)的協(xié)同賦能，這兩種功能材料不僅顯著增強(qiáng)了異質(zhì)界面的結(jié)合強(qiáng)度，提升了界面的機(jī)械耐久性與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，還為載流子傳輸構(gòu)建了高效通道，有效抑制了界面處的電荷復(fù)合損失。

基于這一定制化界面修飾策略，優(yōu)化后的倒置鈣鈦礦太陽能電池展現(xiàn)出**的綜合性能：0.08 cm2 活性面積器件的光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）高達(dá) 26.55%，將活性面積拓展至 1 cm2 后，仍保持 25.00% 的高效率，展現(xiàn)出優(yōu)異的規(guī)?；瘧?yīng)用潛力；穩(wěn)定性測試結(jié)果顯示，該器件在 1 - 太陽標(biāo)準(zhǔn)光照下連續(xù)運(yùn)行 3000 小時(shí)后，效率保留率達(dá) 92%，經(jīng)嚴(yán)苛熱循環(huán)測試（模擬實(shí)際應(yīng)用中的高低溫交替環(huán)境）后，效率保留率仍維持在 91%，長效穩(wěn)定性表現(xiàn)突出，遠(yuǎn)超行業(yè)平均水平。

李美成教授、黃浩研究員團(tuán)隊(duì)的這項(xiàng)研究，立足異質(zhì)界面的實(shí)際特性定制功能材料，不僅首次揭示了 π-π 堆積與金屬配位協(xié)同強(qiáng)化界面穩(wěn)定性的全新機(jī)理，更提供了兼具創(chuàng)新性與實(shí)用性的分子設(shè)計(jì)策略，成功攻克了長期困擾倒置 PSCs 發(fā)展的異質(zhì)界面穩(wěn)定性瓶頸，為制備高效穩(wěn)定的鈣鈦礦太陽能電池開辟了新的技術(shù)路徑，對推動(dòng)倒置結(jié)構(gòu) PSCs 的商業(yè)化量產(chǎn)進(jìn)程具有重要的科學(xué)意義與工程應(yīng)用價(jià)值。

文獻(xiàn)信息

Contextualized synthesis of phenanthroline-based isomeric linkers at heterointerfaces enables stable inverted perovskite solar cells

Shujie Qu，Changxu Sun，F(xiàn)u Yang，Hao Huang，Shuxian Du，Tongtong Jiang，Qiang Zhang，Luyao Yan，Zhineng Lan，Yingying Yang，Zhiwei Wang，Peng Cu，Meicheng Li

https://www.cell.com/matter/abstract/S2590-2385(25)00568-5

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