物理所孟慶波組Nat. Commun.：調(diào)節(jié)三層全碳電極提升CsPbI?鈣鈦礦太陽(yáng)能電池性能

發(fā)表時(shí)間：2025-04-10 14:13

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主要內(nèi)容：

由中國(guó)科學(xué)院物理研究所孟慶波教授、李冬梅教授帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)，在基于碳材料的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池研究領(lǐng)域取得了重要進(jìn)展。鑒于此類(lèi)電池成本低廉、疏水性強(qiáng)且化學(xué)惰性等特性，展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景，但目前其器件效率仍不盡如人意，該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種用于n - i - p型鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的三層全碳電極。

該電極由改性大孔碳層、高導(dǎo)電石墨層和致密薄碳層構(gòu)成，各層在提升電池性能方面發(fā)揮著不同的作用。改性大孔碳層上修飾的碳量子點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn) full-carbon electrode/spiro-OMeTAD/CsPbI?界面的更好能級(jí)匹配。而高導(dǎo)電石墨層則發(fā)揮著與之不同的關(guān)鍵作用，它有利于載流子傳輸。通常，頂部的致密薄碳層具有出色的散熱性能，根據(jù)理論模擬和實(shí)驗(yàn)測(cè)試，其可使器件的工作溫度降低約10°C。

因此，封裝后的基于全碳電極的CsPbI?電池在約70°C的溫度下以及白光發(fā)光二極管照射下表現(xiàn)出更優(yōu)異的光熱穩(wěn)定性，在連續(xù)運(yùn)行2000小時(shí)后效率未出現(xiàn)衰減。

綜上所述，該團(tuán)隊(duì)成功開(kāi)發(fā)了一種三層結(jié)構(gòu)的功能性修飾碳電極（F - CEs），與傳統(tǒng)的碳電極相比，該電極不僅具有優(yōu)異的界面接觸能力和電學(xué)性能，還具有高散熱性能。

他們的F - CEs助力無(wú)機(jī)CsPbI?鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（PSCs）實(shí)現(xiàn)了超過(guò)19%的認(rèn)證光電轉(zhuǎn)換效率（PCEs），這是基于碳電極（CEs）所報(bào)道的*高效率。通常，F(xiàn) - CE展現(xiàn)出優(yōu)異的輻射制冷效應(yīng)，可提升PSCs的熱穩(wěn)定性，根據(jù)模擬和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，其可使工作電池的溫度降低約10°C。

此外，基于F - CE的CsPbI? PSCs表現(xiàn)出**的運(yùn)行穩(wěn)定性，在連續(xù)運(yùn)行2000小時(shí)后效率幾乎無(wú)衰減，且CsPbI? PSCs在不同聚光光照條件下也表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性。該團(tuán)隊(duì)的三層碳電極提供了一種簡(jiǎn)單而有效的策略，以提升CsPbI? PSCs的光電轉(zhuǎn)換效率和熱穩(wěn)定性。