钙钛矿太阳能电池抗紫外线难题新突破!效率 25.62%+ 多维度稳定提升

来源:光伏研工坊发布时间:2025-07-28 09:22:02

一、研究背景:钙钛矿电池的“紫外线之痛”


1.钙钛矿太阳能电池(PSCs)因高效、低成本成为光伏领域“潜力股”,但紫外线(UV)照射会导致钙钛矿层缺陷增多、电荷传输材料降解,尤其埋底界面的退化严重制约其户外应用。

2.传统空穴选择层(HSL)如4PACZ抗UV能力不足,化学键易断裂,且界面缺陷钝化效果差,加剧UV下的性能衰减。

二、核心创新:Me-TPCP分子的“三重防护设计”


1.π共轭增强,筑牢分子骨架设计噻吩修饰的π共轭分子Me-TPCP,引入苯基和噻吩基团扩展共轭体系,使分子断裂反应的吉布斯自由能(ΔG)从负值转为正值(2.4kcal/mol),UV下不易分解,热稳定性提升(分解温度358℃)。

2.噻吩配位铅离子,优化钙钛矿结晶噻吩环上的硫(S)与钙钛矿中Pb²强配位,提升埋底界面结合能至-6.35eV(4PACZ为-4.76eV),促进钙钛矿晶粒长大(平均粒径671nm→537nm),缺陷密度降低,UV照射下PbI相增长幅度减少55%。

3.甲基调控能级,加速电荷提取甲基取代进一步优化分子能级,使空穴提取势垒(ΔE)降至0.84eV(4PACZ为0.92eV),电导率提升至5.93pA(4PACZ为2.19pA),电荷提取时间缩短至1.94μs。

三、性能突破:效率与稳定性双提升

1.光电转换效率达25.62%
基于Me-TPCP的倒置PSCs效率较4PACZ对照组(23.85%)提升7.4%,填充因子(FF)达84.21%,开路电压(VOC)1.185V,短路电流(JSC)25.67mA/cm²。

2.抗UV稳定性显著增强365nmUV照射72小时后,Me-TPCP器件效率保留80.4%(4PACZ仅51.3%),埋底界面降解速度降低48%。

3.操作与热稳定性同步改善
氮气环境下连续光照1000小时,效率保留90.1%;85℃热老化800小时,效率保留93.2%,均优于4PACZ器件。

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