北京时间7月24日，以“Peri-fused polyaromatic molecular contacts for perovskite solar cells”为题，西湖大学工学院王睿实验室最新成果在线发表于《自然》杂志。他们开发了一种基于芘的共轭母核新分子（Py3）的新型空穴选择接触结构，用作倒置钙钛矿太阳能电池的空穴传输层，在不牺牲器件效率的前提下，能够大幅度提升钙钛矿电池器件的稳定性。

也就是说，他们合成了一个新的分子，这个分子与钙钛矿电池器件的其中一层的设计有关，基于它制备出的钙钛矿电池，能够更稳定、更持久。这也是王睿实验室取得的第一个关于倒置钙钛矿电池的成果。

论文截图 原文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07712-6

钙钛矿太阳能电池一共有五层。在“正置”，也就是定义上正着放的电池中，自电池表面到内部为：透明导电氧化物、电子传输层、钙钛矿光吸收层、空穴选择接触层、金属电极。在“倒置”，也就是倒着的电池中，电子传输层和空穴选择接触层的位置发生了对调，其余几层不变。

能把光能转化为电能的这类电池，最早诞生于2009年，迄今不过十余年。在这十数年间，无论是尝试新的钙钛矿分子，还是在电池其他部分“动脑筋”，科学家们在细枝末节做的尝试“万变不离其宗”地主要围绕着两件事：提高它的效率，提升它的稳定性——这也是评判钙钛矿电池“表现”的两个最关键的维度。

倒置，也正是领域内所作的探索之一。其实自2022年以来，倒置钙钛矿电池已经成为了新的“风潮”，因为人们发现，这类“后起之秀”的效率已经能追赶上正置，并且它的稳定性要更强，与叠层器件的兼容性表现也良好。

Py3分子

王睿团队联合拥有化学背景的浙江大学薛晶晶团队，将所设计的结构一种基于芘的共轭母核的分子成功地合成了出来，并基于这种分子开发了一种新型空穴选择接触结构。这样的结构用作倒置钙钛矿太阳能电池的空穴传输层时，能在不牺牲电池器件效率的前提下，大幅提升稳定性。

实验显示，以Py3作为空穴选择性接触层的钙钛矿太阳能电池，表现出了优异的光伏性能。其光电转化效率显著提高至26.1%（经第三方机构认证为25.7%），开路电压和填充因子实现了巨大提升。

它更突出的成绩在于稳定性。基于各项国际标准的老化测试，本研究发现以Py3为空穴传输层构筑的器件具有优异的运行稳定性，经拟合的运行寿命（T90）均超过10000小时（图5）。而目前的钙钛矿电池的使用寿命在大约三千个小时左右，也就是说，这个新的小分子让电池的使用时间翻了近三倍。

这个立志创造属于中国自己的“追光”纪录的实验室，再次为钙钛矿领域作出了一次意义重大的探索。基于Py3的新型空穴选择接触结构，不但为倒置钙钛矿太阳能电池的空穴传输层提出了新的制作工艺更简单、周期更短、成本更低的设计办法，还保证效率的前提下，大幅度提升了钙钛矿电池器件的稳定性，延长了电池的使用寿命。接下来，这个团队还将继续优化分子设计。

对于不断创新的王睿实验室而言，这个课题也有着许多“第一”的标签：这是王睿实验室在钙钛矿电池空穴选择接触层，取得的第一个研究成果；自此，在钙钛矿太阳能电池五层的“山峦”上，都留下了他们探索成功的“旗帜”。

团队合照，从左至右：刘情情、赵可、姚利兵

据悉，本项研究的第一作者为西湖大学-浙江大学联合培养博士研究生赵可，西湖大学博士后刘情情、西湖大学助理研究员姚利兵为共同第一作者。西湖大学工学院PI王睿和浙江大学研究员薛晶晶为共同通讯作者。西湖大学理学院王鸿飞教授课题组为本项目和频光谱分析方面以及浙江大学团队学术带头人杨德仁院士对此工作提供了重要支持。

本工作受到了国家自然科学基金、浙江省自然科学基金、白马湖实验室，西湖大学未来产业中心，浙江省全省智能低碳生物合成重点实验室等项目的资助以及西湖大学物质科学和分子科学实验平台的支持。

（本文图片来源：西湖大学）

来源: 潮新闻

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