【仪表网 研发快讯】近日，山东大学化学与化工学院教授于伟泳联合学院教授李培洲、集成电路学院研究员王凌云、大连工业大学副教授王宇，在钙钛矿太阳能电池研究中取得重要进展，提出了一种利用共价有机框架提升钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性的新策略。同时，团队利用无损剥离技术深入研究了钙钛矿底面，揭示了埋底界面修饰对于器件性能提升的关键作用。相关成果已分别发表在Advanced Materials(影响因子27.4)和Nano Energy(影响因子16.8)期刊上。
一、利用共价有机框架开发高效稳定的钙钛矿太阳能电池
图1. 利用PyPor-COF调控钙钛矿结晶过程并实现器件性能提升
钙钛矿层低结晶度和晶界缺陷是影响其性能与稳定性的主要挑战。研究团队引入了一种坚固的光电咪唑连接卟啉基共价有机框架(PyPor-COF)，通过顺序沉积法精确控制钙钛矿的结晶过程，并有效钝化晶界缺陷(见图1)。最终，采用PyPor-COF的钙钛矿太阳能电池在微型(0.09 cm2)和模组(面积1.0 cm2)器件中分别实现了24.10%和20.81%的功率转换效率。未封装的优化器件在空气中暴露2000小时后仍保持初始效率的80.39%，并展现出优异的热稳定性和光稳定性。这一成果为COF在高效稳定钙钛矿太阳能电池中的应用提供了新的契机。该研究发表在Advanced Materials上，于伟泳教授、李培洲教授、王宇副教授为论文的共同通讯作者，山东大学博士研究生何正言、博士后栾天翔为共同第一作者。
二、利用螯合分子为高性能钙钛矿光伏电池制作良性埋底界面
图2. 利用ILAA修饰钙钛矿埋底界面并实现高性能光伏器件
在n-i-p型钙钛矿太阳能电池中，钙钛矿层与SnO2层之间的埋底界面对器件性能起到至关重要的作用。然而，过去的研究大多集中在钙钛矿薄膜表面的修饰，而对埋底界面的研究相对较少。这一界面容易出现缺陷、空隙和不利的化学反应，从而影响钙钛矿层的结晶质量和稳定性。为了解决这一问题，研究团队引入了5,6-异丙基吡啶-L-抗坏血酸(ILAA)作为桥接分子。ILAA能够有效减少埋底界面的无定形区域，并促进SnO2中Sn(II)向Sn(IV)的转化，提升电荷传输效率。采用ILAA处理的微型器件实现了24.04%的光电转换效率，25 cm2的模组器件转换效率也达到了19.10%(图2)。这项研究发表在Nano Energy上，于伟泳教授、王凌云研究员为论文的共同通讯作者，何正言为第一作者。
上述研究工作得到国家自然科学基金的资助。
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