钙钛矿-有机叠层太阳能电池效率达 25.1%…太阳能制氢能量转换效率 7.7%
在提升光伏发电效率的同时，又可用于太阳能驱动制氢的下一代太阳能界面技术已经被开发出来。
蔚山科学技术院（UNIST）17日表示，由 Kim Jinyoung 碳中和研究生院教授、Kim Dongseok 碳中和研究生院教授、Shin Seungjae 能源化学工程系教授组成的研究团队，通过调控自组装分子层（Self-Assembled Monolayer, SAM）的化学状态，开发出一项能够同时提升钙钛矿-有机叠层太阳能电池性能和稳定性的技术。
钙钛矿-有机叠层太阳能电池是将两种吸收不同波长光的太阳能电池上下叠加，从而更高效地将太阳光转化为电能的下一代太阳能电池。然而，在叠层结构中，如果透明电极与钙钛矿层之间的界面不稳定，就会阻碍电荷传输，并导致长期稳定性下降。
研究团队提出了一种调控形成于该界面的自组装分子层材料“2PACz”的化学状态的方法。利用碳酸钾（K₂CO₃）诱导 2PACz 分子磷酸基中的氢离子部分脱除，使分子带负电荷，并在这一状态下与 ITO 透明电极形成更强的键合。
在这一过程中形成的脱质子化 2PACz（2PACz-K）更稳定地附着在电极表面，在太阳能电池制备过程中不会被溶剂冲洗掉，从而形成均匀的界面。
应用该技术的钙钛矿太阳能电池表现出更高的电压和更优异的电荷传输特性。在此基础上制备的钙钛矿-有机叠层太阳能电池实现了最高 25.1% 的光电转换效率和 2.23 伏的开路电压。在最大功率点追踪（MPPT）条件下连续运行 220 小时后，仍保持初始性能的 80% 以上，展现出优异的稳定性。
研究团队合影。自左起为 Kim Jinyoung 教授、Shin Seungjae 教授、Kim Dongseok 教授、Son Junggun 博士、Gu Haeun 研究员、Lee Woojin 博士。UNIST 提供
View original image研究团队还将这一界面技术应用于利用太阳光分解水并制氢的光电极装置。采用该技术的叠层光电极在无外加电压的情况下就能产生足以驱动水分解反应的高光电压，其将太阳能转化为氢能的效率最高达到 7.7%。
Kim Jinyoung UNIST 碳中和研究生院教授表示，通过在分子层面调控界面化学状态的策略，同时改善了太阳能电池的性能和稳定性，并称这一技术“有望应用于结合光伏发电与绿色制氢的下一代能源系统开发”。
本研究由 Son Junggeon 博士、Gu Haeun UNIST 硕博连读课程研究员、Lee Ujin 博士担任第一作者，研究成果已于上月 5 日发表于能源化学领域学术期刊《Energy & Environmental Science》。该研究在科学技术信息通信部和韩国研究财团的资助下完成。
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