近日，大連化學(xué)物理研究所太陽能研究部薄膜太陽能電池研究組(DNL1606組)劉生忠研究員、王開副研究員團(tuán)隊(duì)與中國科學(xué)院上海高等研究院李東棟研究員、中國科學(xué)院過程工程研究所苗青青研究員合作，設(shè)計(jì)并合成了不同烷基鏈長(zhǎng)的聚離子液體，在寬帶隙鈣鈦礦與電子傳輸層之間構(gòu)建了一個(gè)疏水的氫鍵聚合物網(wǎng)絡(luò)，制備出高效率的寬帶隙鈣鈦礦太陽電池和鈣鈦礦/晶硅疊層太陽電池。
 

　　近年來，鈣鈦礦太陽電池因具有可低溫制備，生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)受到大家的廣泛關(guān)注。單結(jié)鈣鈦礦太陽電池的認(rèn)證能量轉(zhuǎn)化效率(PCE)迅速地從2009年的3.8%提高到現(xiàn)在的26.1%。為進(jìn)一步提高現(xiàn)有太陽電池的效率，研究人員致力于制備疊層太陽電池。寬帶隙鈣鈦礦被認(rèn)為是疊層電池中頂電池的理想吸收層，然而，寬帶隙鈣鈦礦電池的發(fā)展受限于器件電壓損失高、缺陷濃度高、光照相分離和鈣鈦礦與傳輸層能級(jí)失配等問題。劉生忠團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期致力于高效穩(wěn)定的寬帶隙鈣鈦礦電池及其應(yīng)用研究，早期采用兩親性的染料分子Z907構(gòu)建自組裝單分子層并應(yīng)用于帶隙為1.74eV的鈣鈦礦電池，獲得高效穩(wěn)定器件，在室內(nèi)光伏和全鈣鈦礦疊層電池領(lǐng)域中取得優(yōu)異結(jié)果(Adv. Energy Mater.，2022)。隨后，團(tuán)隊(duì)提出了環(huán)境老化提升寬帶隙鈣鈦礦電池的策略(Nano Energy，2023)，制備出高效的寬帶隙鈣鈦礦電池。
 

　　本工作中，該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并合成了不同烷基鏈長(zhǎng)的聚離子液體，構(gòu)建了一個(gè)疏水的氫鍵聚合物網(wǎng)絡(luò)，將其作為寬帶隙鈣鈦礦與電子傳輸層之間的界面鈍化層。該策略可以抑制非輻射復(fù)合損失，促進(jìn)載流子傳輸，顯著提高開路電壓和填充因子，從而大幅提高器件效率。結(jié)果表明，優(yōu)化后的單結(jié)寬帶隙鈣鈦礦電池效率達(dá)到23.18%，開路電壓達(dá)到1.25V。氫鍵聚合物網(wǎng)絡(luò)也可抑制離子遷移，并作為防止水和氧侵入的屏障層，使器件表現(xiàn)出出色的熱穩(wěn)定性和濕度穩(wěn)定性。該團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步制備了鈣鈦礦/晶硅疊層太陽電池，器件效率達(dá)到28.24%，并展現(xiàn)出良好的運(yùn)行穩(wěn)定性。
 

　　相關(guān)研究成果以“Hydrophobic Hydrogen-Bonded Polymer Network for Efficient and Stable Perovskite/Si Tandem Solar Cells”為題，于近日發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》(Angewandte Chemie International Edition)上。該工作的第一作者是我所DNL1606組博士研究生劉璐。上述工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、潔凈能源創(chuàng)新研究院合作基金等項(xiàng)目的資助。(文/圖 劉璐、徐翹楚)