無機鈣鈦礦太陽能電池，是光伏發電領域的創新擔當，為實現我國 “雙碳”戰略目標及清潔能源轉型提供強勁助力。相比傳統硅基電池，鈣鈦礦太陽能電池理論極限效率高，制備方法簡便，可大規模生產，前景廣闊。其中，全無機鈣鈦礦因理想帶隙和良好熱穩定性備受關注。但它對水氧敏感，在空氣中穩定性差，以往需在惰性氣氛下制備，設備要求高、成本較高。同時，器件埋底界面中存在各種各樣的帶正電及帶負電缺陷、材料熱膨脹系數不匹配等問題，影響器件性能的提升。當下，亟待研發低成本制備法，實現空氣環境穩定制備，使得器件兼具高光電轉換效率與長期穩定性。
圖1 論文摘要圖
為解決這一問題，電網防災減災全國重點實驗室科研團隊提出了新方案：基于界面工程的策略，采用一種多功能雜環共軛多齒改性劑——4-咪唑基丙烯酸（UA），對器件的掩埋界面展開改性研究。同時，借助熱空氣流輔助旋涂法，成功在空氣環境下制備出高效且穩定性良好的碳基全無機鈣鈦礦太陽能電池。研究成果表明，基于UA特有的共軛和多齒結構特征，大幅提高氧化錫薄膜的電導率，高效鈍化界面缺陷，有力抑制復合反應的發生，從而助力獲得高質量的鈣鈦礦薄膜，優化掩埋界面的能級取向，顯著提升電荷傳輸效率。通過上述改性方法及制備工藝，最終實現了在空氣環境中高性能碳基鈣鈦礦太陽能電池的制備。
圖2網絡首發論文截圖
本研究成果以“Heterocyclic conjugated polydentate ligands facilitate interfacial charge transfer of air-processed carbon-based all inorganic perovskite solar cells with an efficiency over 15%”為題撰寫的論文，已在國際頂級期刊《Small》（Q1區，影響因子IF=13.0，TOP期刊）發表。學院教師時一斐為第一作者及通訊作者，碩士研究生胡書銘為學生第一作者。此外，姜飛教授、彭卓寅教授和陳建林教授為共同通訊作者，電網防災減災全國重點實驗室（長沙理工大學）為第一完成單位。這項工作推動了空氣中制備全無機鈣鈦礦電池的研究，探索了共軛多齒配體材料的新應用，深入探究了埋底界面中共軛多齒材料的影響效果和作用機理，為其他類型鈣鈦礦太陽能電池以及發光二極管、光電探測器、場效應晶體管等器件的研發提供了新思路。
本研究工作得到了國家自然科學基金、湖南省自然科學基金、湖南省教育廳項目和湖南省研究生科研創新項目、長沙市自然科學基金、湖南省大學生創新培養項目的資助。
論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/smll.202502382
（文、圖/時一斐 一審/金維香 二審/姜飛 三審/楊洪明）
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