鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（Perovskite Solar Cell，PSC）因其高效率、低成本以及可溶液加工等優(yōu)勢，被廣泛認為是下一代光伏技術(shù)的核心方向。在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（PSC）中被廣泛應用的有機自組裝分子（Self-assembled Molecule，SAM）應展現出更優(yōu)的性能，以助力鈣鈦礦光伏技術(shù)的持續進(jìn)步。
2025 年 6 月 26 日，中國科學(xué)院長(cháng)春應用化學(xué)研究所聯(lián)合隆基綠能等研究團隊，在國際頂尖學(xué)術(shù)期刊 Science 上發(fā)表了題為：Stable and uniform self-assembled organic diradical molecules for perovskite photovoltaics 的研究論文。
該研究在新型有機自組裝分子設計及其在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中的應用研究中取得重大突破，首次開(kāi)發(fā)出一種具有雙自由基特性的高效、穩定且分散性?xún)?yōu)異的自組裝分子材料，顯著(zhù)提升了鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光電轉換效率、運行穩定性和大面積加工均勻性。
在這項新研究中，研究團隊通過(guò)給受體共軛設計策略，成功設計了雙自由基自組裝單分子層，以促進(jìn)空穴在單分子層中的傳輸。
該研究設計的這種雙自由基自組裝單分子層表現出高光熱和電化學(xué)穩定性，以及由于分子空間位阻設計而得到改善的組裝均勻性和大面積溶液加工性。采用先進(jìn)的掃描電化學(xué)池顯微鏡-薄層循環(huán)伏安法技術(shù)，研究團隊精確測定了自組裝單分子層的載流子轉移速率、穩定性及組裝特性。
鈣鈦礦微模組
最終，基于上述新材料的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，小面積器件實(shí)現了 26.3% 的光電轉換效率，微組件（10.05平方厘米）的效率達到了23.6%，鈣鈦礦-晶硅疊層電池（1平方厘米）的效率突破了34.2%，這些數據獲得了美國國家可再生能源實(shí)驗室（NREL）的認證，達到了世界頂尖水平。
同時(shí)，該研究中所開(kāi)發(fā)材料及器件表現出優(yōu)異的穩定性，在 45°C 下運行 2000 小時(shí)后幾乎無(wú)性能衰減，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（PSC）保持率仍高于 97%，遠超傳統材料及器件。
這項研究不僅為解決鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中傳輸材料的導電性、穩定性和大面積加工難題提供了全新分子設計范式，還通過(guò)原創(chuàng )表征技術(shù)建立了分子組裝態(tài)性能的精準評價(jià)體系，為下一代高效穩定鈣鈦礦光伏組件的產(chǎn)業(yè)化注入核心驅動(dòng)力。
中國科學(xué)院長(cháng)春應用化學(xué)研究所秦川江研究員、王利祥研究員、周敏研究員、張德重助理研究員及隆基綠能何博、李振國為論文共同通訊作者，中國科學(xué)院長(cháng)春應用化學(xué)研究所吳文平、高晗、隆基綠能賈凌波、華南理工大學(xué)李遠為論文共同第一作者。
論文鏈接：
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adv4551
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