近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員劉生忠、副研究員王開團(tuán)隊(duì)與中國(guó)科學(xué)院上海高等研究院研究員李東棟、中國(guó)科學(xué)院過程工程研究所研究員苗青青合作，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(yáng)電池和鈣鈦礦/晶硅疊層太陽(yáng)電池。相關(guān)成果發(fā)表在《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》上。
該電池示意圖。大連化物所供圖
近年來，鈣鈦礦太陽(yáng)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(yáng)電池的認(rèn)證能量轉(zhuǎn)化效率從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(yáng)電池的效率，研究人員致力于制備疊層太陽(yáng)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。
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(yáng)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。
