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    新分子有望延長鈣鈦礦電池壽命

    劉圓圓 來源:科技日報 編輯:jianping 鈣鈦礦電池
     記者25日從西湖大學獲悉,該校工學院王睿實驗室研發出一種新分子——Py3,它有望顯著提升鈣鈦礦太陽能電池(以下簡稱“鈣鈦礦電池”)光電轉化效率,并將其使用壽命延長約2倍。相關成果24日在線發表于《自然》雜志。

    “典型的鈣鈦礦電池共有5層。”王睿介紹,在正置鈣鈦礦電池中,自電池表面到內部依次為透明導電氧化物、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調,其余幾層不變。Py3分子主要針對倒置鈣鈦礦電池而開發。

    近幾年,科研人員發現,倒置鈣鈦礦電池的效率可與正置鈣鈦礦電池相媲美,且穩定性更強,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。

    不過,王睿團隊發現,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接觸層有關。該層是正電荷的“交通要道”,是實現倒置鈣鈦礦電池高效穩定的關鍵組成部分。

    “空穴選擇接觸層的性能,和所選用分子的化學結構緊密相關。” 王睿解釋說,這類分子通常由共軛母核和錨定基團組成,目前其結構設計依賴氮、硫、氧等雜原子取代的π-共軛結構。這容易導致分子結構不穩定,影響鈣鈦礦電池的效率和穩定性。

    為解決這一問題,王睿團隊聯合浙江大學薛晶晶團隊,嘗試構建一種全新的共軛母核。他們拋棄傳統設計思路,把目光投向具有本征穩定性的全碳基結構——芘核。最終,研究團隊成功合成基于芘的共軛母核分子Py3,并開發了新型空穴選擇接觸結構。

    實驗測試顯示,采用Py3分子作為空穴選擇接觸層的鈣鈦礦電池,光電轉化效率顯著提高至26.1%;此類鈣鈦礦電池器件運行壽命超1萬小時。而在現階段,鈣鈦礦電池的使用壽命約為3000小時。
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