新華網武漢4月14日電（連迅、高翔）來自華中科技大學等單位的科研團隊，通過協同性的分子工程策略，解鎖了光電池“長壽密碼”，為鈣鈦礦太陽能電池産業化的穩步推進提供科學指導和技術策略。相關成果已于今年一季度陸續刊登于《科學》《自然·能源》等國際頂級學術期刊。
華中科技大學武漢光電國家研究中心李雄教授介紹説，衡量太陽能電池性能的關鍵在于效率和壽命。金屬鹵化物鈣鈦礦太陽能電池由于其低成本、高光電轉化效率等優勢，被譽為光伏領域中的顛覆性技術。目前，鈣鈦礦太陽能電池的認證效率已經達到了25.7%，可以與晶硅電池相媲美。然而，制備出滿足于商業化要求的高效、長壽命鈣鈦礦太陽能組件仍然面臨著巨大挑戰。其中，鈣鈦礦太陽能電池中光活性層、空穴傳輸層及關鍵表界面的物化特性和電學性能是影響器件性能的核心因素。
為此，華中科技大學武漢光電國家研究中心牽頭，聯合瑞士洛桑聯邦理工學院、加拿大多倫多大學和武漢理工大學，採用分子工程策略設計了多係列功能分子，係統研究了鈣鈦礦太陽能電池中光吸收層、空穴傳輸層及器件關鍵表界面的光電性能退化機制，有效增強了上述核心功能層及界面的電學性能和穩定性，顯著提升了鈣鈦礦電池的光電轉化效率和工作壽命。
據介紹，華中科技大學武漢光電國家研究中心聯合洛桑聯邦聯工學院在鈣鈦礦吸光層和空穴傳輸層性能改性方面取得了重要突破。研究人員設計了膦酸功能化富勒烯衍生物（CPPA）並作為鈣鈦礦多晶薄膜的晶界調控分子，從而實現了鈣鈦礦薄膜在光、熱、濕和氧等環境老化條件下穩定性的全面提升。研究人員設計了一種具有氧化還原活性的自由基聚合物聚（氧化銨鹽）類氧化還原電對，實現了鈣鈦礦光伏器件使役條件下穩定性的突破。
為進一步提高三維鈣鈦礦薄膜自身的穩定性和電學性能，華中科技大學武漢光電國家研究中心聯合武漢理工大學和加拿大多倫多大學，成功構建了交聯聚合物多維度雙層鈣鈦礦異質結構，開辟了鈣鈦礦薄膜吸光層新結構體係。科研團隊所制備的小面積器件和迷你模組的光電轉換效率分別達到了21%和~20%，並且經過~5000 h的連續光照老化之後仍能保持初始效率的90%，實現了碳基鈣鈦礦光伏器件光電轉換效率和穩定性的突破。
鈣鈦礦光吸收層/有機空穴傳輸層的界面能級失配和界面相容性差等弊端是導致鈣鈦礦電池光電轉化效率降低和穩定性嚴重不足的關鍵因素。鑒于此，華中科技大學武漢光電國家研究中心聯合瑞士洛桑聯邦理工學院，設計了一種同時具有卡唑-三苯胺和苯基碘化銨分子片段的雙功能有機半導體小分子CBz-PAI，以調控鈣鈦礦/空穴傳輸層界面處的能級結構和界面缺陷。這一設計展現了優異的光電性能及長期穩定性，極大地推動了鈣鈦礦光伏技術的發展。
