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新华网武汉4月14日电（连迅、高翔）来自华中科技大学等单位的科研团队，通过协同性的分子工程策略，解锁了光电池“长寿密码”，为钙钛矿太阳能电池产业化的稳步推进提供科学指导和技术策略。相关成果已于今年一季度陆续刊登于《科学》《自然·能源》等国际顶级学术期刊。
华中科技大学武汉光电国家研究中心李雄教授介绍说，衡量太阳能电池性能的关键在于效率和寿命。金属卤化物钙钛矿太阳能电池由于其低成本、高光电转化效率等优势，被誉为光伏领域中的颠覆性技术。目前，钙钛矿太阳能电池的认证效率已经达到了25.7%，可以与晶硅电池相媲美。然而，制备出满足于商业化要求的高效、长寿命钙钛矿太阳能组件仍然面临着巨大挑战。其中，钙钛矿太阳能电池中光活性层、空穴传输层及关键表界面的物化特性和电学性能是影响器件性能的核心因素。
为此，华中科技大学武汉光电国家研究中心牵头，联合瑞士洛桑联邦理工学院、加拿大多伦多大学和武汉理工大学，采用分子工程策略设计了多系列功能分子，系统研究了钙钛矿太阳能电池中光吸收层、空穴传输层及器件关键表界面的光电性能退化机制，有效增强了上述核心功能层及界面的电学性能和稳定性，显著提升了钙钛矿电池的光电转化效率和工作寿命。
据介绍，华中科技大学武汉光电国家研究中心联合洛桑联邦联工学院在钙钛矿吸光层和空穴传输层性能改性方面取得了重要突破。研究人员设计了膦酸功能化富勒烯衍生物（CPPA）并作为钙钛矿多晶薄膜的晶界调控分子，从而实现了钙钛矿薄膜在光、热、湿和氧等环境老化条件下稳定性的全面提升。研究人员设计了一种具有氧化还原活性的自由基聚合物聚（氧化铵盐）类氧化还原电对，实现了钙钛矿光伏器件使役条件下稳定性的突破。
为进一步提高三维钙钛矿薄膜自身的稳定性和电学性能，华中科技大学武汉光电国家研究中心联合武汉理工大学和加拿大多伦多大学，成功构建了交联聚合物多维度双层钙钛矿异质结构，开辟了钙钛矿薄膜吸光层新结构体系。科研团队所制备的小面积器件和迷你模组的光电转换效率分别达到了21%和~20%，并且经过~5000 h的连续光照老化之后仍能保持初始效率的90%，实现了碳基钙钛矿光伏器件光电转换效率和稳定性的突破。
钙钛矿光吸收层/有机空穴传输层的界面能级失配和界面相容性差等弊端是导致钙钛矿电池光电转化效率降低和稳定性严重不足的关键因素。鉴于此，华中科技大学武汉光电国家研究中心联合瑞士洛桑联邦理工学院，设计了一种同时具有卡唑-三苯胺和苯基碘化铵分子片段的双功能有机半导体小分子CBz-PAI，以调控钙钛矿/空穴传输层界面处的能级结构和界面缺陷。这一设计展现了优异的光电性能及长期稳定性，极大地推动了钙钛矿光伏技术的发展。
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