UNIST利用多功能薄膜兼顾叠层太阳能电池效率与耐久性

Published 15 May.2025 09:02(KST)

Updated 31 Jul.2025 10:17(KST)

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UNIST联合研究团队开发由两种自组装分子混合而成的空穴传输层

实现顶级开路电压纪录与高耐久性，刊登于《Advanced Energy Materials》

一种既能兼顾效率又能兼顾稳定性的材料问世，有望让通过分光获取更多电能的叠层太阳能电池性能再上台阶。

UNIST化学系Kim Bongsu教授团队与碳中和研究生院Kim Jinyoung、Kim Dongseok教授团队合作，开发出一种可显著提升钙钛矿‑有机叠层太阳能电池性能的新型空穴传输层。

研究团队成员（自左下角起逆时针方向）：Kim Jinyoung 教授、Kim Bongsu 教授、Kim Dongseok 教授、Heo Seonghyeon 研究员、Shahid Amin 博士、Son Junggeon 研究员（第一作者）。UNIST 提供

叠层太阳能电池由两种吸收不同波长区间太阳光的电池上下堆叠而成，其结构能够更广泛地利用阳光。

其中，钙钛矿与有机材料的组合可以使电池制成更薄、更柔性的形态，因此作为可穿戴设备或建筑门窗电源等下一代电力来源而备受关注。

利用自组装分子提升钙钛矿的结晶性。

研究团队通过混合两种自组装分子制备出空穴传输层，在该电池中实现了2.216V的开路电压和24.73%的光电转换效率。

开路电压是指电池中产生的电荷无损耗到达电极时形成的电位差，开路电压越高，电池效率越高。这一数值在钙钛矿与有机材料组合的叠层电池中处于世界领先水平。此外，在65℃高温和长时间光照条件下，仍能维持初始效率的80%以上，验证了其长期稳定性。

该空穴传输层在设计时使其与钙钛矿光活性层的能级实现良好对齐，可选择性抽取空穴并阻挡电子，从而抑制电荷复合。太阳能电池在吸收光后会产生带负电的电子（−）和带正电的空穴（+），只有当它们到达电极时才能形成电流；若能级不匹配，电荷无法被有效抽取，会在中间发生复合而损失。

这一空穴传输层还能降低阻碍电荷传输的界面缺陷，并帮助晶体结构保持更稳定、更均匀。这是因为构成空穴传输层的36ICzC4PA和36MeOCzC4PA自组装分子的取代基与钙钛矿中的金属离子形成了强烈的化学键合。

此外，自组装分子能够在基底表面自动铺展成薄且均匀的膜层，使制备工艺更加简化，也易于应用于大面积器件，对未来商业化十分有利。

Kim Bongsu教授表示：“我们开发的自组装空穴传输层在电池的空穴抽取、界面稳定化以及结构耐久性方面都得到了改善，从而大幅提升了叠层电池的性能。这一成果使得在保持高效率的同时实现超薄、柔性的下一代太阳能电池商业化又近了一步。”

本次研究由UNIST研究员Son Junggeon和Shahid Ameen博士作为第一作者参与，研究成果已于今年4月8日发表在国际学术期刊《Advanced Energy Materials》在线版上。

该研究在科学技术信息通信部和韩国研究财团的支持下完成。

本报道由人工智能(AI)翻译技术生成。