自组装分子助力钙钛矿电池同时提升效率与稳定性！

Published 19 Mar.2025 09:02(KST)

Updated 31 Jul.2025 19:29(KST)

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UNIST Kim Bongsu 教授联合研究团队开发高性能自组装空穴传输层

电池效率提升13％·具卓越光稳定性……论文刊登于《Angewandte Chemie》

有研究结果显示，在基板上可自发组装的分子同时提升了下一代太阳能电池——钙钛矿太阳能电池的效率与稳定性。

蔚山科学技术院（UNIST）化学系Kim Bongsu教授团队与碳中和研究生院Kim Dongseok、Kim Jinyoung教授，以及国立群山大学Lee Kyunggu教授团队共同开展研究，成功新开发出一种能够提高钙钛矿太阳能电池效率和稳定性的自组装空穴传输层材料。

研究团队。（自左下角起逆时针）Kim Dongseok 教授、Kim Bongsu 教授、Shahid Amin 博士（第一作者）、Lee Youngwan 研究员、Son Junggeon 研究员（第一作者）、Lee Dongmin 研究员（第一作者）。UNIST 提供

钙钛矿太阳能电池因材料和工艺成本低，具有突出的价格竞争力，被视为下一代太阳能电池。

应用于这类电池的自组装单分子层（SAM，Self-Assembled Monolayer）是一种将光活性层钙钛矿在吸收阳光后产生的空穴（带正电粒子）传递至电极的材料。由于SAM空穴传输层是利用分子在基板上自行组装的特性制备而成，相比高分子基空穴传输层，可进一步降低工艺成本。

研究团队设计了分子结构，开发出比形成该SAM的4PACz分子具有更高空穴传输性能的MeS-4PACz。采用这一材料的钙钛矿太阳能电池，其光电转换效率达到25.16%，较既有SAM提升了13%以上。

太阳能电池是通过光生电子（带负电粒子）和空穴向电极移动来输出电能的装置，因此电子和空穴越顺利地移动到电极，电池效率就越高。此外，作为衡量太阳能电池输出和长期稳定性的指标——迟滞（hysteresis）数值也得到大幅改善。

光稳定性同样显著提升。在连续500小时强烈日照暴露实验中，仍保持初始效率的93%，几乎没有效率衰减。相反，采用4PACz的太阳能电池在500小时后效率下降超过20%。

本次开发的MeS-4PACz是在4PACz上引入甲基硫基化学官能团（-SCH₃）所得，其与钙钛矿层之间的能级匹配良好，使得在钙钛矿层中生成的空穴能够顺畅地逸出至电极。

同时，甲基硫基官能团中的硫元素与钙钛矿中的阳离子形成强化学键，即使在太阳光照射下也能很好地将钙钛矿层维持在初始优化状态，大幅提升界面稳定性。

研究示意图。（已开发自组装空穴传输层的特性分析结果）

Kim Bongsu教授表示：“本次开发的SAM在最大化钙钛矿太阳能电池低工艺成本这一优势的同时，又兼顾了稳定性与效率，显著提高了钙钛矿太阳能电池的市场导入可能性。”

本研究由UNIST的Shahid Ameen博士、Lee Dongmin研究员、Son Junggeon研究员，以及群山大学的Abdullah Bin Faheem研究员共同担任第一作者。

研究成果已在化学领域权威学术期刊《Angewandte Chemie International Edition》上公开，即将正式刊发。

本研究在科学技术信息通信部下属韩国研究财团的资助下完成。

本报道由人工智能(AI)翻译技术生成。