我国学者在锡基钙钛矿太阳能电池领域取得新进展
2024/03/12
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图 基于富勒烯配位化学策略制备的锡基钙钛矿太阳能电池性能。（a） CPPF和TPPF的分子结构。（b） 锡基钙钛矿电池的J-V曲线。（c） 已报道的锡基钙钛矿太阳能电池效率统计。（d） 锡基钙钛矿太阳能电池在氮气中的储存稳定性。（e） 未封装锡基钙钛矿太阳能电池的工况稳定性。（f） 锡基钙钛矿太阳能电池的第三方认证效率（15.14%）
在国家自然科学基金项目（批准号：U21A2078）等资助下，华侨大学田成波副教授和魏展画教授设计合成了含吡啶基团的顺反异构富勒烯并用于制备锡基钙钛矿太阳能电池，最终实现了超过15%的光电转化效率（已通过第三方权威认证）。研究成果以“反式富勒烯添加剂实现高效锡基钙钛矿太阳能电池（Efficient tin-based perovskite solar cells with trans-isomeric fulleropyrrolidine additives）”为题，于2024年1月29日发表在《自然·光子》（Nature Photonics）期刊上，论文链接为：https://doi.org/10.1038/s41566-024-01381-7。
钙钛矿太阳能电池作为新一代光伏技术的典型代表，近些年在国家和各级政府的支持下得到了快速的发展。其中，锡基钙钛矿太阳能电池因其低毒性和高理论转换效率引起了学术界和产业界的广泛关注。但是结晶不可控、能级不匹配以及二价锡易氧化等缺点限制了锡基钙钛矿太阳能电池的进一步发展。
在近期其他相关工作的基础上，田成波和魏展画团队设计合成了具有顺反异构的吡咯烷富勒烯衍生物CPPF和TPPF，提出了富勒烯配位化学策略来精细调控锡基钙钛矿结晶动力学、改善了界面能级匹配和抑制了二价锡氧化等。最终，基于TPPF的锡基钙钛矿太阳能电池实现15.38%的光电转化效率（认证15.14%），这也是目前首个认证超过15%的锡基钙钛矿太阳能电池。另外，该太阳能也展现出优异的稳定性。
综上，该研究中通过富勒烯配位化学策略首次实现了超过15%且经第三方认证的光电转化效率。这将极大地增强学术界和产业界对锡基钙钛矿太阳能电池的研发信心，对锡基钙钛矿太阳能电池的发展具有深远的影响。
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