刘生忠等制备出高效稳定的钙钛矿/晶硅叠层太阳电池

fanzhuan

近日，我所太阳能研究部薄膜太阳能电池研究组（DNL1606组）刘生忠研究员、王开副研究员团队与中国科学院上海高等研究院李东栋研究员、中国科学院过程工程研究所苗青青研究员合作，设计并合成了不同烷基链长的聚离子液体，在宽带隙钙钛矿与电子传输层之间构建了一个疏水的氢键聚合物网络，制备出高效率的宽带隙钙钛矿太阳电池和钙钛矿/晶硅叠层太阳电池。

　　近年来，钙钛矿太阳电池因具有可低温制备，生产成本低等优点受到大家的广泛关注。单结钙钛矿太阳电池的认证能量转化效率（PCE）迅速地从2009年的3.8%提高到现在的26.1%。为进一步提高现有太阳电池的效率，研究人员致力于制备叠层太阳电池。宽带隙钙钛矿被认为是叠层电池中顶电池的理想吸收层，然而，宽带隙钙钛矿电池的发展受限于器件电压损失高、缺陷浓度高、光照相分离和钙钛矿与传输层能级失配等问题。刘生忠团队长期致力于高效稳定的宽带隙钙钛矿电池及其应用研究，早期采用两亲性的染料分子Z907构建自组装单分子层并应用于带隙为1.74eV的钙钛矿电池，获得高效稳定器件，在室内光伏和全钙钛矿叠层电池领域中取得优异结果（Adv. Energy Mater.，2022）。随后，团队提出了环境老化提升宽带隙钙钛矿电池的策略（Nano Energy，2023），制备出高效的宽带隙钙钛矿电池。
　　本工作中，该团队设计并合成了不同烷基链长的聚离子液体，构建了一个疏水的氢键聚合物网络，将其作为宽带隙钙钛矿与电子传输层之间的界面钝化层。该策略可以抑制非辐射复合损失，促进载流子传输，显著提高开路电压和填充因子，从而大幅提高器件效率。结果表明，优化后的单结宽带隙钙钛矿电池效率达到23.18%，开路电压达到1.25V。氢键聚合物网络也可抑制离子迁移，并作为防止水和氧侵入的屏障层，使器件表现出出色的热稳定性和湿度稳定性。该团队进一步制备了钙钛矿/晶硅叠层太阳电池，器件效率达到28.24%，并展现出良好的运行稳定性。
　　相关研究成果以“Hydrophobic Hydrogen-Bonded Polymer Network for Efficient and Stable Perovskite/Si Tandem Solar Cells”为题，于近日发表在《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）上。该工作的第一作者是我所DNL1606组博士研究生刘璐。上述工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、洁净能源创新研究院合作基金等项目的资助。（文/图 刘璐、徐翘楚）
　　文章链接：https://doi.org/10.1002/anie.202317972
       文章来源：大连化物所
       刘生忠，中国科学院大连化学物理研究所研究员。刘生忠教授1992年在美国西北大学获博士学位。先后在美国阿贡国家实验室、英国BP Solar公司、美国United Solar公司等从事研究工作。现全职回国工作，任大连化学物理研究所研究员和陕西师范大学教授。研究领域包括纳米材料、薄膜材料、太阳能光伏材料、电光薄膜的电化学沉积和光伏技术的开发、放大和生产。多项研究成果发表在《Science》、《Nature》和《Angew. Chem.》等刊物上，现已经申请专利的、在美国专利局网站可查到的发明文献有六十余项。刘教授的研究技术多项指标处于世界领先水平，其中“透明太阳能薄膜电池”被称为是“世界最佳发明奖”（R&D 100奖）。