4月8日，福建农林大学材料工程学院绿色光电器件与储能电池团队青年教师林智超与西安交通大学、河南大学、澳门大学等单位合作，在《自然》发表题为《一种钕内嵌富勒烯-聚合物偶联层作为高效稳定钙钛矿太阳能电池界面层》文章。
钙钛矿太阳能电池作为一种新型光伏器件，具有可与传统硅太阳能电池相媲性能和巨大的成本优势，在光伏发电、建筑集成、柔性电子等诸多领域显现出发展潜力，成为太阳能电池的重要研究方向。钙钛矿太阳能电池商业化的关键挑战在于：实现能量转换效率和稳定性的双优。聚合物材料在钙钛矿太阳能电池中表现出了卓越的内部封装特性，使用聚合物作为界面层可以阻挡水和氧气对钙钛矿层的侵蚀，并抑制离子扩散，提高钙钛矿太阳能电池的长期工作稳定性。然而，当聚合物层过厚时，会存在电子屏蔽效应，显著抑制电荷的提取，导致钙钛矿太阳能电池性能的损失，难以同时兼顾稳定和高效。
富勒烯作为一种碳的同素异形体，呈现足球状结构，具有高效电子传导特性。1991年发现钾元素内嵌的富勒烯C60在?255°C时表现出超导行为，这是迄今为止最高的分子超导温度。有鉴于此，将内嵌金属富勒烯与聚合物相结合，有望实现高效电子传输和高稳定性的双重突破。
该研究报道了一种磁性金属钕内嵌富勒烯-聚合物（Nd@C82-PMMA）偶联层，该偶联层通过界面极化，增强了电子提取效率，同时兼具原位封装和超快电子提取的特点，在促进电子高效传输的同时，抑制了离子扩散，保护了钙钛矿层免受水和氧气的侵蚀，助力效率和稳定性的同步提升。
该研究阐明了富勒烯Nd@C82在钙钛矿太阳能电池界面产生永久强电场，增强电荷分离和提取的作用机制，提出了构建金属富勒烯-聚合物耦合互穿网络新策略。基于上述策略优化后的钙钛矿太阳能电池实现了26.78%的能量转换效率，在标准工作状态下进行最大功率点跟踪，运行2500小时后依旧维持着82%的初始性能，相较于此前的报道有着显著提升，为制备性能和稳定性兼优的钙钛矿太阳能电池提供了新思路。
相关论文信息：10.1038/s41586-025-08961-9
0 条