UNIST实现自组装分子层化学状态调控…提升太阳能电池与光电极性能
串联太阳能电池效率达25.10%·光伏制氢效率达7.7%…刊登于EES
一种能够同时提高钙钛矿-有机叠层太阳能电池效率和稳定性的新型界面调控技术已经被开发出来。
这是一项不仅可用于太阳能电池，还可应用于利用太阳能制氢的光电极装置的下一代太阳能利用技术。
UNIST碳中和研究生院的Kim Jinyoung、Kim Dongseok教授和能源化学工程系的Shin Seungjae教授研究团队表示，他们开发出一项技术，通过调控自组装分子层（Self-Assembled Monolayer, SAM）的化学状态，提高钙钛矿-有机叠层太阳能电池的性能和寿命。
研究团队（自左起）：Kim Jinyoung 教授、Shin Seungjae 教授、Kim Dongseok 教授、Son Junggeon 博士、Gu Haeun 研究员、Lee Woojin 博士。UNIST 提供
View original image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换为电能的新一代太阳能电池。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，就会阻碍电荷转移，并导致长期稳定性下降的问题。
研究团队提出了一种调控在该界面形成的自组装物质2PACz化学状态的方法。利用碳酸钾（K2CO3）诱导2PACz分子中磷酸基团的氢离子部分脱除（去质子化），使分子带负电，从而与ITO透明电极结合得更为牢固。在这一过程中形成的去质子化2PACz（2PACz-K）更加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洗脱，并能形成均匀的界面。
采用这一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。以此为基础制备的钙钛矿-有机叠层太阳能电池实现了最高25.1%的能量转换效率和2.23V的高开路电压。此外，在最大功率点跟踪（MPPT）条件下连续运行220小时后，仍保持了初始性能80%以上的稳定性。
研究团队还将这一界面技术应用于利用太阳光分解水制氢的光电极装置。应用该技术的叠层光电极在无外加电压的情况下就表现出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教授表示：“通过在分子层面调控界面的化学状态，我们大幅提升了太阳能电池的性能和稳定性”，并称：“这一技术有望用于开发将光伏发电与绿色氢气制备相结合的下一代能源系统”。
本次研究由Son Junggeon博士、Koo Haeun硕博连读研究员以及Lee Woojin博士作为第一作者参与。
研究成果发表于能源化学领域权威期刊《能源与环境科学》（Energy & Environmental Science），刊登日期为2月5日。研究工作得到科学技术信息通信部下属韩国研究财团（National Research Foundation of Korea, NRF）的资助。
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