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北化譚占鰲組NC.：效率達(dá)25.1% ！更小化光/電能損失的鈣鈦礦/有機(jī)疊層太陽能電池

發(fā)表時(shí)間：2025-02-25 11:12

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主要內(nèi)容：

北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 譚占鰲教授和于潤(rùn)楠教授帶領(lǐng)其團(tuán)隊(duì)，在鈣鈦礦 / 有機(jī)疊層太陽能電池（PO - TSCs）這一研究領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。這類電池具備制造成本低的顯著優(yōu)勢(shì)，其對(duì)鈣鈦礦層和有機(jī)吸收層采用的正交溶劑處理方法，與低溫、高通量沉積技術(shù)高度兼容。然而長(zhǎng)期以來，子電池和互連層（ICL）的能量損耗嚴(yán)重制約著這類電池性能的提升。

在本篇文章中，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出一套針對(duì) PO - TSCs 的能量損耗管理策略。著力調(diào)控鈣鈦礦前子電池中的缺陷態(tài)；著力減少互連層的光學(xué)與電學(xué)損耗。通過研究發(fā)現(xiàn)pyridinium bromide perbromide（溴化吡啶全溴化物）與鈣鈦礦層間的氫鍵和配位相互作用產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，有效抑制了離子遷移，極大程度降低了能量損耗。同時(shí)，團(tuán)隊(duì)精心優(yōu)化基于五氧化二釩（V?O?）的互連層結(jié)構(gòu)。優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)不僅在近紅外光子區(qū)域展現(xiàn)出**的透射率，還能實(shí)現(xiàn)電荷載流子的無障礙提取，為體異質(zhì)結(jié)內(nèi)的光管理提供低損耗界面，進(jìn)而有效平衡前、后子電池間的電流。
*終，團(tuán)隊(duì)成功制備出性能優(yōu)異的鈣鈦礦 / 有機(jī)疊層太陽能電池，其光電轉(zhuǎn)換效率高達(dá) 25.1%，開路電壓達(dá) 2.10 伏特。通過雙管齊下降低光學(xué)與電能損耗，團(tuán)隊(duì)獲得了高光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）的 PO - TSCs 。具體而言，通過鈍化寬帶隙（WBG）鈣鈦礦缺陷，顯著降低能量損失（Eloss），大幅提升了鈣鈦礦子電池的開路電壓（Voc）。在互連層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，團(tuán)隊(duì)展示了低光學(xué)和電學(xué)損耗的方案。相較于基于三氧化鉬（MoO?）的互連層，基于 V?O?的互連層在近紅外（NIR）區(qū)域透射率更高，且具備更好的導(dǎo)電性、更高的載流子遷移率以及更匹配的能級(jí)排列，有效改善了電荷傳輸與提取，減少電荷復(fù)合，將互連層電荷積累降至*低，實(shí)現(xiàn)了鈣鈦礦與有機(jī)子電池間電流的平衡。
北京化工大學(xué)譚占鰲教授和于潤(rùn)楠教授團(tuán)隊(duì)的系列研究成果，充分凸顯了同步降低子電池能量損耗與互連層光、電損耗，對(duì)于構(gòu)建高性能 PO - TSCs 的關(guān)鍵意義，為該領(lǐng)域的后續(xù)發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的理論與實(shí)踐基礎(chǔ)。


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文獻(xiàn)信息：
Minimized optical/electrical energy loss for 25.1% Monolithic perovskite/organic tandem solar cells

Zhangwei He, Runnan Yu, Yiman Dong, Ruyue Wang, Yuling Zhang & Zhan ao Tan

https://www.nature.com/articles/s41467-025-57093-1#Sec2



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