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钙钛矿太阳能电池领域取得进展
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钙钛矿太阳能电池领域取得进展 中国科学院院士、中山大学柔性电子学院首席科学家黄维，携手中山大学柔性电子学院讲座教授秦天石领衔的科研团队，在钙钛矿太阳能电池领域取得关键性进展，揭示了真实昼夜环境下的失效机制并开发无锂掺杂新技术。该研究由南京工业大学和中山大学科研团队共同完成，相关成果9月1日发表于《自然-能源》（Nature Energy）。 “我们的研究首次从离子迁移与电化学还原的角度揭示了钙钛矿太阳能电池在日夜间歇运行条件下的失效机制。”论文共同通讯作者秦天石表示，该研究成果不仅深度剖析了钙钛矿太阳能电池在真实昼夜循环运行时的失效核心原因，同时创新性地开发出无锂掺杂新技术，为钙钛矿电池的产业化进程注入强大动力。 近年来，钙钛矿太阳能电池的性能取得了显著突破，其能量转换效率已突破26%，但长期稳定性，尤其是在真实户外环境（昼夜交替、温度波动）下的耐久性，是其走向商业化，满足实际使用需求的一大障碍。尽管世界纪录级别的钙钛矿太阳能电池已通过各种稳定性测试，但这些测试多为持续光照或恒暗条件，难以在日夜更替的实际情况下投入使用。而电池里空穴传输层中的锂离子掺杂剂虽能有效提升电池效率，但也容易引发电池不稳定。 面对这一挑战，研究团队通过实验发现，在明暗交替循环这一更贴近实际运行的条件中，锂离子会从空穴传输层向钙钛矿层迁移，并被还原为金属锂。这一过程会诱发钙钛矿吸光层从高性能的α相向非光活性的δ相发生转变，从而导致电池性能的快速衰减。尤为关键的是，这一机制在传统的、单一的持续光照或持续黑暗的稳定性测试中完全无法被观察到，这也解释了以往报道中关于含锂器件稳定性结论不一致的原因。 基于此机制，研究团队提出了创新的解决方案：设计并合成了一种新型无锂掺杂剂——甲基铵双（三氟甲磺酰）亚胺盐（MATFSI），采用MATFSI替代传统的锂盐LiTFSI作为空穴传输层的掺杂剂。研究表明，新型掺杂剂在完成其提升空穴传输效率的使命后，不会在薄膜中残留阳离子，从源头上避免了离子迁移与副反应风险。 基于MATFSI的器件实现了26.1%的光电转换效率（认证效率25.6%），空穴迁移率显著提升，不仅电荷提取能力增强，更在模拟真实环境的光暗交替和电压开关循环中展现出显著优势，标志着该技术在面向实际应用的稳定性方面取得重大突破。 秦天石说，团队提供了一种经过验证的、简单有效的替代方案，为设计下一代兼具高效率和高运行稳定性的钙钛矿太阳能电池指明了清晰的材料设计方向。 论文共同第一作者、中山大学与南京工业大学联合培养博士研究生赵金政表示，目前，相关研究技术已获得国家专利保护，团队下一步将继续推进相关技术的转化应用。 相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41560-025-01856-z |
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