钙钛矿太阳能电池（PSC）的认证功率转换效率（PCE）已达到26.1%，与成本较低的商业硅太阳能电池相比，成本更低。为了进一步提高PCE，具有约1.25 eV的更理想带隙的混合锡（Sn）-铅（Pb）钙钛矿已经获得了越来越多的关注。它们也是全钙钛矿串联太阳能电池的关键组件，有可能超过单结太阳能电池的Shockley-Queisser极限。然而，在达到商业化要求之前，仍需进一步提高其效率和稳定性。由于热弛豫和非辐射复合过程中的声子能量耗散和反向偏置加热（焦耳加热）导致太阳能电池中产生热量，这对其稳定性和效率有害。这一点在钙钛矿太阳能电池中尤为突出：其导热性差（与传统的光伏材料如硅相比）导致热量积聚并在太阳能电池中形成热点中心，使其极易发生热降解。热调节已被证明在电子和硅太阳能电池中对于改善器件性能和稳定性是重要的，但在混合Sn-Pb和串联钙钛矿太阳能电池中受到的关注有限，因此增强复合材料的热导率和传热能力变得至关重要。
化学院周忠敏教授团队与合作者报道了一种通过将碳硼烷加入钙钛矿中的热调节策略；这些是电子离域的碳硼分子，以其高效的传热能力而闻名。特别选择了邻碳硼烷，因为它的热滞后性低。通过钙钛矿层观察到它的存在，显示出从埋底界面到顶表面的下降趋势，有效地传递热量并在光照下降低表面温度约5°C。邻碳硼烷还促进钙钛矿/PEDOT：PSS界面处的空穴提取并减少电荷复合。这些使锡铅混合电池表现出更好的热稳定性。
结果表明, 邻碳硼烷处理器件的冠军PCE达到23.4%, 利用电子离域碳硼烷调节散热和促进电荷转移的混合锡铅和串联太阳能电池。通过应用碳硼烷处理，有效抑制了局部热积聚区域（热点）的出现，从而改善了长期热稳定性。在85°C下老化1080小时后仍能保持其初始效率的80%。当集成到单片全钙钛矿串联叠层中时，实现了超过27%的效率。串联电池在光照下连续运行704小时后仍能保持其初始效率的87%。这项工作将有效推动钙钛矿太阳能电池的商业化。
这一成果近期发表在Nature Communications上，文章的第一作者是化学院2021级硕士研究生谭舒晨，通讯作者为李崇文教授和周忠敏教授。
论文信息：
Shuchen Tan , Chongwen Li , Cheng Peng , Wenjian Yan , Hongkai Bu , Haokun Jiang , FangYue , Linbao Zhang , Hongtao Gao& Zhongmin Zhou
https://www.nature.com/articles/s41467-024-48552-2
