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浙大團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)新型分子 給太陽(yáng)能電池"補(bǔ)鈣"長(zhǎng)壽

中國(guó)電力網(wǎng)發(fā)布時(shí)間:2024-07-29 14:08:26
7月24日,浙江大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院楊德仁院士團(tuán)隊(duì)中的薛晶晶課題組在《自然》(Nature)上發(fā)表研究成果,用一種具有不含雜原子的共軛骨架新型分子材料制造的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池,不僅增強(qiáng)光電轉(zhuǎn)化效率,而且在各種加速老化測(cè)試中大幅改善使用壽命。

近年來(lái),一種名為“鈣鈦礦”的新型太陽(yáng)能電池材料引起業(yè)界關(guān)注。但是,鈣鈦礦太陽(yáng)能電池在實(shí)際應(yīng)用中還存在一個(gè)難題:穩(wěn)定性問(wèn)題。即這種新型電池在長(zhǎng)期使用中容易退化,難以滿足工業(yè)應(yīng)用的可靠性要求。

鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu),就如一根頭發(fā)絲厚度的“漢堡”。中間的一層是發(fā)電的核心——鈣鈦礦材料。傳統(tǒng)上,人們常用一些含有雜原子(如N、S、O等)的有機(jī)小分子作為空穴傳輸層材料。薛晶晶說(shuō),“我們要實(shí)現(xiàn)高效電荷傳輸,同時(shí)構(gòu)建具有本征穩(wěn)定性的共軛母核結(jié)構(gòu),以提高鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的長(zhǎng)期工作穩(wěn)定性。”

該課題組為空穴傳輸層設(shè)計(jì)了一種具有全碳基共軛骨架的新分子結(jié)構(gòu),命名為Py3。這種分子的共軛骨架結(jié)構(gòu)沒(méi)有摻雜原子,而是由稠環(huán)芳烴結(jié)構(gòu)構(gòu)成的純碳骨架,在提高器件光電轉(zhuǎn)換效率的同時(shí),還顯著增強(qiáng)了器件的運(yùn)行穩(wěn)定性。圖片

據(jù)薛晶晶介紹,這項(xiàng)利用Py3作為空穴傳輸層的研究成果,來(lái)源于一個(gè)興趣試驗(yàn)的“意外”收獲。論文的第一作者、2021級(jí)博士生趙可,利用市面上可以買到的一種分子材料,制作出鈣鈦礦太陽(yáng)能電池。之后,薛晶晶對(duì)分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)和修飾,得到Py3——這個(gè)由四個(gè)環(huán)組成、簡(jiǎn)單且未被國(guó)際數(shù)據(jù)庫(kù)收納的分子結(jié)構(gòu)。

Py3分子具有高化學(xué)惰性和結(jié)構(gòu)剛性,能夠在界面處表現(xiàn)出優(yōu)異的空穴傳導(dǎo)性能。通過(guò)系統(tǒng)的溫度依賴性光譜研究發(fā)現(xiàn),Py3的分子間堆積顯著增強(qiáng),采用Py3構(gòu)建的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池實(shí)現(xiàn)26.1%的光電轉(zhuǎn)換效率,目標(biāo)器件在不同加速老化試驗(yàn)的模型下T90壽命均超過(guò)10000小時(shí),將進(jìn)一步推進(jìn)鈣鈦礦光伏技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。


浙江大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)Py3新型分子。

來(lái)源:中國(guó)青年報(bào)

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