中国团队开发半透明钙钛矿太阳能电池界面调控与热管理新方案
中国科学技术大学工程科学学院热科学与能源工程系李桂强教授团队与香港城市大学叶轩立教授合作，近期在半透明钙钛矿太阳能电池的界面调控与热管理研究方面取得突破性进展。研究团队从药物化学中“药效团”设计理念获得启发，提出了一种新型界面分子设计策略，实现了电荷提取与热耗散的协同优化。在保持较高透光率的同时，显著提升了器件性能与稳定性。研究成果以“Pharmacophore-Guided Interfacial Ligands Co-Optimize Charge Extraction and Heat Dissipation in Semitransparent Perovskite Solar Cells”为题，发表于《Advanced Functional Materials》。
作为一种能够同时实现能量转换与光学透射的器件，半透明钙钛矿太阳能电池在光伏建筑一体化、智能窗户及幕墙等应用中展现出巨大潜力。然而，为了达到理想的可见光透过率，通常需要减薄钙钛矿吸收层厚度。这虽然有助于提升透光性，但也可能带来薄膜覆盖不均、缺陷密度上升等问题，从而加剧非辐射复合、界面电荷传输损耗以及局部热积聚，最终影响器件的效率和稳定性。
为解决上述挑战，研究团队提出了一种药效团引导的界面分子设计方法。该方法选择具有刚性甾体骨架结构的Dexamethasone（Dex）作为界面配体，借助其分子结构中含有的羰基、羟基及9α-氟取代基，在钙钛矿/电子传输层界面上实现多点识别和缺陷钝化，同时调节界面偶极，优化能级匹配与载流子选择性。
进一步的机理分析表明，Dex倾向于以双位点方式锚定在钙钛矿表面，形成有利于空穴抽取的定向偶极。通过理论计算、能谱分析和瞬态电学测量，研究人员证实该分子有效抑制了界面非辐射复合，并提升了超薄钙钛矿薄膜的结晶质量与界面接触状态。此外，红外热成像和光-电-热耦合测试结果表明，Dex处理可有效降低器件热积聚，提高散热效率，从而实现电荷传输与热管理的协同增强。
基于该策略，研究人员制备的半透明钙钛矿太阳能电池在约150 nm厚的吸收层条件下，表现出1.165 V的开路电压、15.26%的光电转换效率以及20.88%的平均可见光透过率，光利用效率达到约3.19%。更重要的是，在80°C氮气环境中，器件T80寿命超过1000小时，展现出卓越的效率—透光率—稳定性综合性能。该成果为半透明钙钛矿太阳能电池在界面调控与热管理方面的集成设计提供了新的研究方向。
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