中国研究团队在半透明钙钛矿太阳能电池界面调控与热管理方面取得新突破
中国研究团队在半透明钙钛矿太阳能电池界面调控与热管理方面取得新突破
中国科学技术大学工程科学学院热科学与能源工程系的李桂强教授团队与香港城市大学的叶轩立教授合作，近期在半透明钙钛矿太阳能电池的界面调控与热管理方面取得了重要研究进展。该团队借鉴药物化学中的“药效团”理念，创新性地提出了一种界面分子设计策略，成功实现了电荷提取与热耗散的协同优化。在不牺牲高透光率的前提下，显著提升了器件的效率与稳定性。研究成果题为“Pharmacophore-Guided Interfacial Ligands Co-Optimize Charge Extraction and Heat Dissipation in Semitransparent Perovskite Solar Cells”，发表于《Advanced Functional Materials》。
作为一种兼具发电功能和透光特性的新型光伏器件，半透明钙钛矿太阳能电池在建筑光伏一体化、智能玻璃和光伏幕墙等应用中展现出巨大潜力。然而，为了实现较高的平均可见光透过率，器件通常采用更薄的钙钛矿吸收层。尽管这有助于增强透光性能，但同时也会带来成膜不充分、缺陷密度上升等问题，从而加剧非辐射复合、界面电荷传输损耗以及局部热积累，最终影响器件的整体性能和稳定性。
为解决半透明钙钛矿太阳能电池中超薄吸收层引发的界面缺陷累积、电荷提取效率降低和热积累加剧等难题，研究团队开发出一种基于药效团设计的界面分子策略。该策略采用具有刚性甾体骨架的Dexamethasone（Dex）作为界面修饰分子，通过其分子结构中的羰基、羟基及9α-氟取代基的多重作用，实现对钙钛矿底面的多点识别、缺陷钝化与偶极子调控，从而同步优化界面能级匹配与载流子选择性提取。
实验与理论结合的机理研究显示，Dex倾向于以双点锚定方式吸附在钙钛矿表面，并形成有助于空穴提取的定向偶极结构。借助理论计算、能谱分析与瞬态动力学测试，研究者发现该分子不仅有效抑制了界面非辐射复合，还显著提升了超薄钙钛矿膜层的结晶质量与界面接触。通过红外热成像与光-电-热耦合分析进一步证实，Dex的引入有效降低了器件内部的热积累，提升了散热效率，表明该策略成功实现了电荷传输优化与热管理增强的协同。
基于该策略所制备的半透明器件在约150 nm厚的钙钛矿吸收层下，展现出1.165 V的开路电压、15.26%的光电转换效率以及20.88%的平均可见光透过率，对应的光利用效率约为3.19%。此外，在80°C氮气环境中，器件的T80寿命超过1000小时，表现出优异的效率—透光率—稳定性平衡。该研究成果为半透明钙钛矿太阳能电池中界面调控与热管理的一体化设计提供了新思路。
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