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近日，中國科學院大連化學物理研究所研究員劉生忠、副研究員王開團隊與中國科學院上海高等研究院研究員李東棟、中國科學院過程工程研究所研究員苗青青合作，設計并合成了不同烷基鏈長的聚離子液體，在寬帶隙鈣鈦礦與電子傳輸層之間構建了一個疏水的氫鍵聚合物網絡，制備出高效率的寬帶隙鈣鈦礦太陽電池和鈣鈦礦/晶硅疊層太陽電池。相關成果發(fā)表在《德國應用化學》上。

該電池示意圖。大連化物所供圖

近年來，鈣鈦礦太陽電池因具有可低溫制備，生產成本低等優(yōu)點受到大家的廣泛關注。單結鈣鈦礦太陽電池的認證能量轉化效率從2009年的3.8%提高到現在的26.1%。為進一步提高現有太陽電池的效率，研究人員致力于制備疊層太陽電池。寬帶隙鈣鈦礦被認為是疊層電池中頂電池的理想吸收層，然而，寬帶隙鈣鈦礦電池的發(fā)展受限于器件電壓損失高、缺陷濃度高、光照相分離和鈣鈦礦與傳輸層能級失配等問題。

本工作中，該團隊設計并合成了不同烷基鏈長的聚離子液體，構建了一個疏水的氫鍵聚合物網絡，將其作為寬帶隙鈣鈦礦與電子傳輸層之間的界面鈍化層。該策略可以抑制非輻射復合損失，促進載流子傳輸，顯著提高開路電壓和填充因子，從而大幅提高器件效率。結果表明，優(yōu)化后的單結寬帶隙鈣鈦礦電池效率達到23.18%，開路電壓達到1.25V。氫鍵聚合物網絡也可抑制離子遷移，并作為防止水和氧侵入的屏障層，使器件表現出出色的熱穩(wěn)定性和濕度穩(wěn)定性。

該團隊進一步制備了鈣鈦礦/晶硅疊層太陽電池，器件效率達到28.24%，并展現出良好的運行穩(wěn)定性。