【儀表網 研發快訊】近日，山東大學化學與化工學院教授于偉泳聯合學院教授李培洲、集成電路學院研究員王凌云、大連工業大學副教授王宇，在鈣鈦礦太陽能電池研究中取得重要進展，提出了一種利用共價有機框架提升鈣鈦礦太陽能電池的效率和穩定性的新策略。同時，團隊利用無損剝離技術深入研究了鈣鈦礦底面，揭示了埋底界面修飾對于器件性能提升的關鍵作用。相關成果已分別發表在Advanced Materials(影響因子27.4)和Nano Energy(影響因子16.8)期刊上。
 

　　一、利用共價有機框架開發高效穩定的鈣鈦礦太陽能電池
 

圖1. 利用PyPor-COF調控鈣鈦礦結晶過程并實現器件性能提升
 

　　鈣鈦礦層低結晶度和晶界缺陷是影響其性能與穩定性的主要挑戰。研究團隊引入了一種堅固的光電咪唑連接卟啉基共價有機框架(PyPor-COF)，通過順序沉積法精確控制鈣鈦礦的結晶過程，并有效鈍化晶界缺陷(見圖1)。最終，采用PyPor-COF的鈣鈦礦太陽能電池在微型(0.09 cm2)和模組(面積1.0 cm2)器件中分別實現了24.10%和20.81%的功率轉換效率。未封裝的優化器件在空氣中暴露2000小時后仍保持初始效率的80.39%，并展現出優異的熱穩定性和光穩定性。這一成果為COF在高效穩定鈣鈦礦太陽能電池中的應用提供了新的契機。該研究發表在Advanced Materials上，于偉泳教授、李培洲教授、王宇副教授為論文的共同通訊作者，山東大學博士研究生何正言、博士后欒天翔為共同第一作者。
 

　　二、利用螯合分子為高性能鈣鈦礦光伏電池制作良性埋底界面
 

圖2. 利用ILAA修飾鈣鈦礦埋底界面并實現高性能光伏器件
 

　　在n-i-p型鈣鈦礦太陽能電池中，鈣鈦礦層與SnO2層之間的埋底界面對器件性能起到至關重要的作用。然而，過去的研究大多集中在鈣鈦礦薄膜表面的修飾，而對埋底界面的研究相對較少。這一界面容易出現缺陷、空隙和不利的化學反應，從而影響鈣鈦礦層的結晶質量和穩定性。為了解決這一問題，研究團隊引入了5,6-異丙基吡啶-L-抗壞血酸(ILAA)作為橋接分子。ILAA能夠有效減少埋底界面的無定形區域，并促進SnO2中Sn(II)向Sn(IV)的轉化，提升電荷傳輸效率。采用ILAA處理的微型器件實現了24.04%的光電轉換效率，25 cm2的模組器件轉換效率也達到了19.10%(圖2)。這項研究發表在Nano Energy上，于偉泳教授、王凌云研究員為論文的共同通訊作者，何正言為第一作者。
 

　　上述研究工作得到國家自然科學基金的資助。