华南先进光电子研究院高进伟/姜月团队在顶尖期刊《Nature Communications》上发表重要研究进展

2022-11-18 11:55:52
科学研究

 近日,我校华南先进光电子研究院先进材料研究所高进伟/姜月团队在钙钛矿太阳能电池方面取得重要进展,提出利用构建分子桥的方法,制备基于P3HT空穴传输层的高效、稳定钙钛矿太阳电池。研究成果“Constructing molecular bridge for high-efficiency and stable perovskite solar cells based on P3HT”在线发表在《Nature Communications》。我校姜月副研究员和高进伟教授共同指导的硕士研究生徐冬冬为论文第一作者。姜月副研究员、冯炎聪副研究员和高进伟教授为共同通讯作者,南京大学刘俊明教授、澳门新濠天地注册周国富教授等为主要作者,我校为第一完成单位。

有机-无机杂化的钙钛矿太阳电池(PSCs)作为第三代新型太阳电池,光电转换效率(PCE)高、可溶液加工、重复性高且发展迅速。然而,高效率n-i-p型太阳电池的制备,仍需依赖使用价格昂贵并较易结晶的Spiro-OMeTAD空穴传输材料。并且,Spiro-OMeTAD的本征空穴传输效率低、导电性差,需要掺杂具有吸水性的盐等掺杂剂,对电池稳定性构成了重要威胁。因此,利用发展成熟的p型半导体P3HT替代是Spiro-OMeTAD是一种解决问题的重要的途径。然而,P3HT在钙钛矿表面以“edge-on”的方式进行堆积,导致界面处载流子的传输不畅,复合严重,光电转换效率只有约16%。

近日,高进伟/姜月团队提出在钙钛矿/P3HT界面利用构建分子桥的方式,“变堵为疏”,在不改变P3HT堆积方式的前提下,在钙钛矿与P3HT界面架起供一座载流子传输的分子桥(MDN)。在分子桥内,一方面,利用分子内的丙二腈基团与钙钛矿表面形成强的分子间作用,同时钝化表面缺陷,另一方面,分子桥内的三苯胺基团与P3HT链段形成p-p相互作用,从而稳固分子桥的两端,构建载流子传输通道。采用此方法获得的基于P3HT空穴传输层的钙钛矿太阳电池,光电转换效率达到22.87%,且无封装器件在大气环境中、梯度湿度下(75%RH下保存60天后提升湿度至85%,再保存30天,25oC)储存2100小时后,效率仍可保持92%;在1个太阳下(45 oC ,氮气氛围下)、最大功率处持续工作500小时后,电池效率无衰减。该工作为制备高效、稳定且价格低廉的钙钛矿太阳电池,及其产业化,提供了一种重要的思路。

姜月副研究员毕业于华南理工大学与法国昂热大学(法国国家科学中心CNRS,Moltech-Anjou研究所),获双博士学位。研究兴趣包括:钙钛矿太阳电池、有机太阳电池、压致变色以及电致变色材料与器件等。以第一作者/通讯作者在Nature Communications、Advanced Materials、Energy & Environmental Science、Advanced Functional Materials、Science Bulletin (科学通报)等期刊发表原创论文40余篇;获批国家自然科学基金、广东省自然科学基金、博士后科学基金面上一等、广州市基础与应用基础研究项目等资助;指导学生参加“挑战杯”课外学术作品大赛,获广东省特等奖、全国三等奖等。

该研究得到了国家自然科学基金重点项目、广东省重点实验室、以及广州市重点实验室的资助。

论文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-022-34768-7

课题组主页:澳门新濠天地注册华南先进光电子研究院高进伟团队 (x-mol.com) 

作者/通讯员:徐冬冬 | 来源:华南先进光电子研究院 | 编辑:杨柳青