延長(zhǎng)2倍！新分子有望大幅提升鈣鈦礦電池壽命
【化工儀器網(wǎng) 行業(yè)百態(tài)】在當(dāng)今能源轉(zhuǎn)型的背景下，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池因其高效率和低成本的潛力備受矚目。然而，這些電池的壽命限制一直是科研界亟待解決的問(wèn)題。近日，西湖大學(xué)的王睿實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合浙江大學(xué)薛晶晶團(tuán)隊(duì)，開(kāi)發(fā)出的一種新分子——Py3，有望將鈣鈦礦電池的使用壽命延長(zhǎng)近兩倍，同時(shí)提升其光電轉(zhuǎn)化效率至26.1%。
近幾年，科研人員發(fā)現(xiàn)，倒置鈣鈦礦電池的效率可與正置鈣鈦礦電池相媲美，且穩(wěn)定性更強(qiáng)，與疊層器件的兼容性也較好。因此，倒置鈣鈦礦電池成為新的研究熱點(diǎn)。
王睿介紹，典型的鈣鈦礦電池共有五層，在正置鈣鈦礦電池中，自電池表面到內(nèi)部依次為透明導(dǎo)電氧化物、電子傳輸層、鈣鈦礦光吸收層、空穴選擇接觸層、金屬電極；而在倒置鈣鈦礦電池中，電子傳輸層和空穴選擇接觸層的位置對(duì)調(diào)，其余幾層不變。Py3分子主要針對(duì)倒置鈣鈦礦電池而開(kāi)發(fā)。
然而，王睿團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)倒置鈣鈦礦電池存在一些缺陷，其與基于小分子的空穴選擇性接觸層有關(guān)。該層是正電荷的“交通要道”，是實(shí)現(xiàn)倒置鈣鈦礦電池高效穩(wěn)定的關(guān)鍵組成部分。
為解決這一問(wèn)題，王睿團(tuán)隊(duì)聯(lián)合浙江大學(xué)薛晶晶團(tuán)隊(duì)，嘗試構(gòu)建一種全新的共軛母核。他們拋棄傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思路，把目光投向具有本征穩(wěn)定性的全碳基結(jié)構(gòu)——芘核。最終，研究團(tuán)隊(duì)成功合成基于芘的共軛母核分子Py3，并開(kāi)發(fā)了新型空穴選擇接觸結(jié)構(gòu)。
實(shí)驗(yàn)測(cè)試顯示，采用Py3分子作為空穴選擇性接觸層的鈣鈦礦電池，光電轉(zhuǎn)化效率顯著提高至26.1%；此類鈣鈦礦電池器件運(yùn)行壽命超1萬(wàn)小時(shí)。而在現(xiàn)階段，鈣鈦礦電池的使用壽命約為3000小時(shí)。
據(jù)悉，研究團(tuán)隊(duì)未來(lái)將繼續(xù)優(yōu)化Py3的分子設(shè)計(jì)，以期進(jìn)一步提高鈣鈦礦電池的性能。此項(xiàng)研究成果不僅展現(xiàn)了科研人員在新材料領(lǐng)域的創(chuàng)新思維與探索精神，也為鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的未來(lái)應(yīng)用鋪平了道路，有望加速其在光伏等眾多產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用，從而促進(jìn)我國(guó)可持續(xù)發(fā)展和綠色能源發(fā)展。
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