利用富勒烯衍生物夹层提高太阳能电池能量捕获效率
太阳能电池是向可再生能源过渡的关键组成部分，提高功率转换效率 (PCE)，或用一定量的太阳光捕获的电量，提高了太阳能在能源需求高的社会中的实用性。使用全无机钙钛矿吸光材料的钙钛矿太阳能电池比有机-无机杂化太阳能电池更热稳定，但 PCE 较低。研究人员通过添加导电富勒烯衍生物中间层来提高 PCE 和热稳定性，从而克服了全无机钙钛矿太阳能电池 (PSC) 中的这一障碍。
全无机钙钛矿太阳能电池具有提高热稳定性的优势，这对太阳能电池的寿命至关重要，但与有机-无机杂化太阳能电池相比缺乏 PCE。一组领先的材料科学家最近研究了使用中间层来改善全无机 PSC 中发现的缺陷。在 PSC 中，钙钛矿层(一种在暴露于光时传导能量的材料)容易受到形态、能级不匹配和电子陷阱等问题的影响，这些问题会降低电子传输和太阳能电池的整体效率。引入称为双二甲基氨基功能化富勒烯衍生物 (PCBDMAM) 的富勒烯衍生物夹层，夹在钙钛矿和电子传输层之间，弥补了这些缺陷，
该团队在清华大学出版社出版的《纳米研究能源》 5 月 16 日刊上发表了他们的研究结果。
“高效PSC器件多以有机-无机杂化钙钛矿吸光材料为主，由于有机阳离子的存在，其本身易挥发，热不稳定，导致PSC器件的热稳定性差，阻碍了其大规模商业化。有机-无机杂化 PSC，”该研究的首席研究员、中国科学院合肥中国科学院能源转换材料重点实验室教授杨尚峰说。“为了提高 [全无机钙钛矿] PSC 的 PCE，界面工程已得到广泛应用，并被证明可通过改善薄膜形态、降低能级失配和钝化钙钛矿中的反位陷阱来有效促进电子传输，”Yang 说。 .
“通过使用不同类型的中间层，包括小分子、聚合物、无机化合物、二维钙钛矿层以及富勒烯及其衍生物，已经完成了全无机 PSC 的缺陷钝化，”杨说。特别是，该团队使用 PCBDMAM 作为全无机钙钛矿层和氧化锌电子传输层之间的夹层。在此应用中，将 PCBDMAM 旋涂到氧化锌表面作为导电表面涂层，以减轻全无机钙钛矿层的薄膜形态和其他缺陷，提高氧化锌和钙钛矿层的整体热稳定性， PCE 从 15.44% 增加到 17.04%。
向可再生能源的成功过渡部分取决于能够有效地将太阳能转化为电能并承受极端环境的坚固太阳能电池。特别是直接复合是太阳能电池效率的限制因素，对研究团队和其他材料科学家提出了重大挑战。直接复合是太阳能电池中由光产生的电子与空穴相遇并复合的过程。这种重组会发射光子，从而逆转太阳能电池中的电力生产。
研究团队将继续克服障碍，提高太阳能电池的功能和寿命，使太阳能生产更可靠、成本更低。未来的挑战包括通过改变太阳能电池层的组成、浓度和应用，以商业上可行且具有成本效益的方式优化温度稳定性和效率，进一步减轻太阳能电池缺陷，包括直接复合。
其他贡献者包括来自中国科学院安徽省先进光子科学与技术实验室能量转换材料重点实验室的 Yanbo Shang、Pu Wang、Lingbo Jia、Xingcheng Li、Weitao Lian、Peisan Qian、Tao Chen 和 Yalin Lu。中国科学技术大学材料科学与工程学院，中国合肥;和中国东莞东莞理工大学环境与土木工程学院的 Muqing Chen。
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