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新分子有望延長鈣鈦礦電池壽命

2024年07月26日08:26 | 來源:科技日?qǐng)?bào)
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原標(biāo)題:新分子有望延長鈣鈦礦電池壽命

記者25日從西湖大學(xué)獲悉,該校工學(xué)院王睿實(shí)驗(yàn)室研發(fā)出一種新分子——Py3,它有望顯著提升鈣鈦礦太陽能電池(以下簡(jiǎn)稱“鈣鈦礦電池”)光電轉(zhuǎn)化效率,並將其使用壽命延長約2倍。相關(guān)成果24日在線發(fā)表於《自然》雜志。

“典型的鈣鈦礦電池共有5層。”王睿介紹,在正置鈣鈦礦電池中,自電池表面到內(nèi)部依次為透明導(dǎo)電氧化物、電子傳輸層、鈣鈦礦光吸收層、空穴選擇接觸層、金屬電極﹔而在倒置鈣鈦礦電池中,電子傳輸層和空穴選擇接觸層的位置對(duì)調(diào),其余幾層不變。Py3分子主要針對(duì)倒置鈣鈦礦電池而開發(fā)。

近幾年,科研人員發(fā)現(xiàn),倒置鈣鈦礦電池的效率可與正置鈣鈦礦電池相媲美,且穩(wěn)定性更強(qiáng),與疊層器件的兼容性也較好。因此,倒置鈣鈦礦電池成為新的研究熱點(diǎn)。

不過,王睿團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn),倒置鈣鈦礦電池存在一些缺陷,其與基於小分子的空穴選擇接觸層有關(guān)。該層是正電荷的“交通要道”,是實(shí)現(xiàn)倒置鈣鈦礦電池高效穩(wěn)定的關(guān)鍵組成部分。

“空穴選擇接觸層的性能,和所選用分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)緊密相關(guān)?!?王睿解釋說,這類分子通常由共軛母核和錨定基團(tuán)組成,目前其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)依賴氮、硫、氧等雜原子取代的π-共軛結(jié)構(gòu)。這容易導(dǎo)致分子結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定,影響鈣鈦礦電池的效率和穩(wěn)定性。

為解決這一問題,王睿團(tuán)隊(duì)聯(lián)合浙江大學(xué)薛晶晶團(tuán)隊(duì),嘗試構(gòu)建一種全新的共軛母核。他們拋棄傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思路,把目光投向具有本征穩(wěn)定性的全碳基結(jié)構(gòu)——芘核。最終,研究團(tuán)隊(duì)成功合成基於芘的共軛母核分子Py3,並開發(fā)了新型空穴選擇接觸結(jié)構(gòu)。

實(shí)驗(yàn)測(cè)試顯示,採用Py3分子作為空穴選擇接觸層的鈣鈦礦電池,光電轉(zhuǎn)化效率顯著提高至26.1%﹔此類鈣鈦礦電池器件運(yùn)行壽命超1萬小時(shí)。而在現(xiàn)階段,鈣鈦礦電池的使用壽命約為3000小時(shí)。

(記者劉園園)

(責(zé)編:郝孟佳、李昉)

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