近年來，一種名為“鈣鈦礦”的新型太陽能電池材料引起業(yè)界關(guān)注。但是，鈣鈦礦太陽能電池在實際應(yīng)用中還存在一個難題：穩(wěn)定性問題。即這種新型電池在長期使用中容易退化，難以滿足工業(yè)應(yīng)用的可靠性要求。
鈣鈦礦太陽能電池的結(jié)構(gòu)，就如一根頭發(fā)絲厚度的“漢堡”。中間的一層是發(fā)電的核心——鈣鈦礦材料。傳統(tǒng)上，人們常用一些含有雜原子（如N、S、O等）的有機小分子作為空穴傳輸層材料。薛晶晶說，“我們要實現(xiàn)高效電荷傳輸，同時構(gòu)建具有本征穩(wěn)定性的共軛母核結(jié)構(gòu)，以提高鈣鈦礦太陽能電池的長期工作穩(wěn)定性。”
該課題組為空穴傳輸層設(shè)計了一種具有全碳基共軛骨架的新分子結(jié)構(gòu)，命名為Py3。這種分子的共軛骨架結(jié)構(gòu)沒有摻雜原子，而是由稠環(huán)芳烴結(jié)構(gòu)構(gòu)成的純碳骨架，在提高器件光電轉(zhuǎn)換效率的同時，還顯著增強了器件的運行穩(wěn)定性。圖片
據(jù)薛晶晶介紹，這項利用Py3作為空穴傳輸層的研究成果，來源于一個興趣試驗的“意外”收獲。論文的第一作者、2021級博士生趙可，利用市面上可以買到的一種分子材料，制作出鈣鈦礦太陽能電池。之后，薛晶晶對分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新設(shè)計和修飾，得到Py3——這個由四個環(huán)組成、簡單且未被國際數(shù)據(jù)庫收納的分子結(jié)構(gòu)。
Py3分子具有高化學(xué)惰性和結(jié)構(gòu)剛性，能夠在界面處表現(xiàn)出優(yōu)異的空穴傳導(dǎo)性能。通過系統(tǒng)的溫度依賴性光譜研究發(fā)現(xiàn)，Py3的分子間堆積顯著增強，采用Py3構(gòu)建的鈣鈦礦太陽能電池實現(xiàn)26.1%的光電轉(zhuǎn)換效率，目標(biāo)器件在不同加速老化試驗的模型下T90壽命均超過10000小時，將進(jìn)一步推進(jìn)鈣鈦礦光伏技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
浙江大學(xué)科研團隊設(shè)計Py3新型分子。
來源：中國青年報
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