4月8日，福建農(nóng)林大學材料工程學院綠色光電器件與儲能電池團隊青年教師林智超與西安交通大學、河南大學、澳門大學等單位合作，在《自然》發(fā)表題為《一種釹內(nèi)嵌富勒烯-聚合物偶聯(lián)層作為高效穩(wěn)定鈣鈦礦太陽能電池界面層》文章。
鈣鈦礦太陽能電池作為一種新型光伏器件，具有可與傳統(tǒng)硅太陽能電池相媲美的性能和巨大的成本優(yōu)勢，在光伏發(fā)電、建筑集成、柔性電子等諸多領(lǐng)域顯現(xiàn)出發(fā)展?jié)摿Γ蔀樘柲茈姵氐闹匾芯糠较颉ｂ}鈦礦太陽能電池商業(yè)化的關(guān)鍵挑戰(zhàn)在于：實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性的雙優(yōu)。聚合物材料在鈣鈦礦太陽能電池中表現(xiàn)出了卓越的內(nèi)部封裝特性，使用聚合物作為界面層可以阻擋水和氧氣對鈣鈦礦層的侵蝕，并抑制離子擴散，提高鈣鈦礦太陽能電池的長期工作穩(wěn)定性。然而，當聚合物層過厚時，會存在電子屏蔽效應(yīng)，顯著抑制電荷的提取，導致鈣鈦礦太陽能電池性能的損失，難以同時兼顧穩(wěn)定和高效。
富勒烯作為一種碳的同素異形體，呈現(xiàn)足球狀結(jié)構(gòu)，具有高效電子傳導特性。1991年發(fā)現(xiàn)鉀元素內(nèi)嵌的富勒烯C60在?255°C時表現(xiàn)出超導行為，這是迄今為止最高的分子超導溫度。有鑒于此，將內(nèi)嵌金屬富勒烯與聚合物相結(jié)合，有望實現(xiàn)高效電子傳輸和高穩(wěn)定性的雙重突破。
該研究報道了一種磁性金屬釹內(nèi)嵌富勒烯-聚合物（Nd@C82-PMMA）偶聯(lián)層，該偶聯(lián)層通過界面極化，增強了電子提取效率，同時兼具原位封裝和超快電子提取的特點，在促進電子高效傳輸?shù)耐瑫r，抑制了離子擴散，保護了鈣鈦礦層免受水和氧氣的侵蝕，助力效率和穩(wěn)定性的同步提升。
該研究闡明了富勒烯Nd@C82在鈣鈦礦太陽能電池界面產(chǎn)生永久強電場，增強電荷分離和提取的作用機制，提出了構(gòu)建金屬富勒烯-聚合物耦合互穿網(wǎng)絡(luò)新策略。基于上述策略優(yōu)化后的鈣鈦礦太陽能電池實現(xiàn)了26.78%的能量轉(zhuǎn)換效率，在標準工作狀態(tài)下進行最大功率點跟蹤，運行2500小時后依舊維持著82%的初始性能，相較于此前的報道有著顯著提升，為制備性能和穩(wěn)定性兼優(yōu)的鈣鈦礦太陽能電池提供了新思路。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-025-08961-9
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