記者25日從西湖大學獲悉，該校工學院王睿實驗室研發(fā)出一種新分子——Py3，它有望顯著提升鈣鈦礦太陽能電池(以下簡稱“鈣鈦礦電池”)光電轉(zhuǎn)化效率，并將其使用壽命延長約2倍。相關(guān)成果24日在線發(fā)表于《自然》雜志。
“典型的鈣鈦礦電池共有5層。”王睿介紹，在正置鈣鈦礦電池中，自電池表面到內(nèi)部依次為透明導電氧化物、電子傳輸層、鈣鈦礦光吸收層、空穴選擇接觸層、金屬電極;而在倒置鈣鈦礦電池中，電子傳輸層和空穴選擇接觸層的位置對調(diào)，其余幾層不變。Py3分子主要針對倒置鈣鈦礦電池而開發(fā)。
近幾年，科研人員發(fā)現(xiàn)，倒置鈣鈦礦電池的效率可與正置鈣鈦礦電池相媲美，且穩(wěn)定性更強，與疊層器件的兼容性也較好。因此，倒置鈣鈦礦電池成為新的研究熱點。
不過，王睿團隊發(fā)現(xiàn)，倒置鈣鈦礦電池存在一些缺陷，其與基于小分子的空穴選擇接觸層有關(guān)。該層是正電荷的“交通要道”，是實現(xiàn)倒置鈣鈦礦電池高效穩(wěn)定的關(guān)鍵組成部分。
“空穴選擇接觸層的性能，和所選用分子的化學結(jié)構(gòu)緊密相關(guān)。” 王睿解釋說，這類分子通常由共軛母核和錨定基團組成，目前其結(jié)構(gòu)設(shè)計依賴氮、硫、氧等雜原子取代的π-共軛結(jié)構(gòu)。這容易導致分子結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，影響鈣鈦礦電池的效率和穩(wěn)定性。
為解決這一問題，王睿團隊聯(lián)合浙江大學薛晶晶團隊，嘗試構(gòu)建一種全新的共軛母核。他們拋棄傳統(tǒng)設(shè)計思路，把目光投向具有本征穩(wěn)定性的全碳基結(jié)構(gòu)——芘核。最終，研究團隊成功合成基于芘的共軛母核分子Py3，并開發(fā)了新型空穴選擇接觸結(jié)構(gòu)。
實驗測試顯示，采用Py3分子作為空穴選擇接觸層的鈣鈦礦電池，光電轉(zhuǎn)化效率顯著提高至26.1%;此類鈣鈦礦電池器件運行壽命超1萬小時。而在現(xiàn)階段，鈣鈦礦電池的使用壽命約為3000小時。(科技日報 記者劉園園)
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