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國(guó)科大鄭曉鵬 Nat. Photonics：重磅！聚合物異質(zhì)界面橋接方案，引領(lǐng)高效穩(wěn)定鈣鈦礦太陽(yáng)能電池新時(shí)代

發(fā)表時(shí)間：2025-06-10 14:28

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主要內(nèi)容

由中國(guó)科學(xué)院大學(xué)鄭曉鵬教授和阿卜杜拉國(guó)王科技大學(xué)Omar Mohammed Abdelsaboor教授帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)，在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（PSCs）研究領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。研究發(fā)現(xiàn)，存在缺陷且機(jī)械強(qiáng)度較弱的界面會(huì)顯著降低鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的效率和穩(wěn)定性。

針對(duì)這一問(wèn)題，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地將一種線(xiàn)性聚合物——肝素鈉引入n - i - p型鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中，作為多功能界面橋接層。與常見(jiàn)的小分子界面修飾/鈍化材料不同，肝素鈉的主鏈上下兩側(cè)分布著羧酸根離子（COO?）、磺酸根離子（SO??）和鈉離子（Na?）等功能基團(tuán)和離子。這些功能基團(tuán)和離子使得肝素鈉能夠通過(guò)牢固的化學(xué)鍵，在氧化錫（SnO?）電子傳輸層和鈣鈦礦薄膜之間搭建起橋梁，有效減少鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中的缺陷，并增強(qiáng)異質(zhì)界面的結(jié)合力。

在實(shí)驗(yàn)中，團(tuán)隊(duì)制備的剛性器件光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）達(dá)到26.61%（認(rèn)證值為26.54%），這一成績(jī)?cè)阝}鈦礦太陽(yáng)能電池領(lǐng)域處于**水平。此外，團(tuán)隊(duì)還成功制備了基于氧化錫/肝素鈉的柔性鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，其光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到25.23%?；诟嗡剽c的器件不僅效率出色，還展現(xiàn)出優(yōu)異的運(yùn)行穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。在模擬1個(gè)太陽(yáng)光照條件下進(jìn)行**功率點(diǎn)跟蹤1800小時(shí)后，器件仍能保持初始光電轉(zhuǎn)換效率的94.9%；在85°C高溫環(huán)境下老化1800小時(shí)后，依然能保持初始光電轉(zhuǎn)換效率的95.2%。

綜上所述，該團(tuán)隊(duì)的研究成果表明，在n - i - p型鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（PSCs）的埋底界面處采用肝素鈉（HS）聚合物作為化學(xué)橋接層，是一種開(kāi)發(fā)高效且穩(wěn)定鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的有效且具有普遍適用性的策略。肝素鈉聚合物主要通過(guò)兩種方式提升鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的性能：一是鈍化鈣鈦礦層中的缺陷，二是增強(qiáng)氧化錫（SnO?）電子傳輸層（ETL）與鈣鈦礦薄膜之間的化學(xué)鍵結(jié)合。這些研究結(jié)果凸顯了具有特定功能基團(tuán)的聚合物材料在提升鈣鈦礦太陽(yáng)能電池效率和穩(wěn)定性方面的巨大潛力。

文獻(xiàn)信息

Enhancing the efficiency and stability of perovskite solar cells via a polymer heterointerface bridge

Xiaodan Tang, Chenglin Yang, Yafeng Xu, Jianxing Xia, Bo Li, Miao Li, Yuanyuan Zhou, Lulu Jiang, Hairui Liu, Kunhui Ma, Qiao Yu, Bitao Dong, Yuhang Liu, Omar F. Mohammed & Xiaopeng Zheng

https://www.nature.com/articles/s41566-025-01676-3