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7月24日，浙江大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院楊德仁院士團(tuán)隊中的薛晶晶課題組在《自然》（Nature）上發(fā)表研究成果，用一種具有不含雜原子的共軛骨架新型分子材料制造的鈣鈦礦太陽能電池，不僅增強(qiáng)光電轉(zhuǎn)化效率，而且在各種加速老化測試中大幅改善使用壽命。

近年來，一種名為“鈣鈦礦”的新型太陽能電池材料引起業(yè)界關(guān)注。但是，鈣鈦礦太陽能電池在實際應(yīng)用中還存在一個難題：穩(wěn)定性問題。即這種新型電池在長期使用中容易退化，難以滿足工業(yè)應(yīng)用的可靠性要求。

鈣鈦礦太陽能電池的結(jié)構(gòu)，就如一根頭發(fā)絲厚度的“漢堡”。中間的一層是發(fā)電的核心——鈣鈦礦材料。傳統(tǒng)上，人們常用一些含有雜原子（如N、S、O等）的有機(jī)小分子作為空穴傳輸層材料。薛晶晶說，“我們要實現(xiàn)高效電荷傳輸，同時構(gòu)建具有本征穩(wěn)定性的共軛母核結(jié)構(gòu)，以提高鈣鈦礦太陽能電池的長期工作穩(wěn)定性。”

該課題組為空穴傳輸層設(shè)計了一種具有全碳基共軛骨架的新分子結(jié)構(gòu)，命名為Py3。這種分子的共軛骨架結(jié)構(gòu)沒有摻雜原子，而是由稠環(huán)芳烴結(jié)構(gòu)構(gòu)成的純碳骨架，在提高器件光電轉(zhuǎn)換效率的同時，還顯著增強(qiáng)了器件的運行穩(wěn)定性。圖片

據(jù)薛晶晶介紹，這項利用Py3作為空穴傳輸層的研究成果，來源于一個興趣試驗的“意外”收獲。論文的第一作者、2021級博士生趙可，利用市面上可以買到的一種分子材料，制作出鈣鈦礦太陽能電池。之后，薛晶晶對分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新設(shè)計和修飾，得到Py3——這個由四個環(huán)組成、簡單且未被國際數(shù)據(jù)庫收納的分子結(jié)構(gòu)。

Py3分子具有高化學(xué)惰性和結(jié)構(gòu)剛性，能夠在界面處表現(xiàn)出優(yōu)異的空穴傳導(dǎo)性能。通過系統(tǒng)的溫度依賴性光譜研究發(fā)現(xiàn)，Py3的分子間堆積顯著增強(qiáng)，采用Py3構(gòu)建的鈣鈦礦太陽能電池實現(xiàn)26.1%的光電轉(zhuǎn)換效率，目標(biāo)器件在不同加速老化試驗的模型下T90壽命均超過10000小時，將進(jìn)一步推進(jìn)鈣鈦礦光伏技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。