中国团队开发高效界面调控与热管理新方案，提升半透明钙钛矿太阳能电池性能
中国科学技术大学工程科学学院热科学和能源工程系李桂强教授团队，联合香港城市大学叶轩立教授，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重要突破。研究团队借鉴药物化学中“药效团”设计理念，提出了一种新的界面分子设计策略，成功实现了电荷提取与热耗散的协同优化，显著提升了器件效率与稳定性，同时保持了较高的透光率。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》。
半透明钙钛矿太阳能电池因其兼具光电转换功能与透光能力，广泛应用于建筑一体化光伏、智能窗及光伏幕墙等场景。然而，为了提升可见光透过率，器件通常采用更薄的钙钛矿吸收层。虽然这有助于提高透光性能，但同时也带来诸如膜层覆盖不足、缺陷密度上升等挑战，进而引发非辐射复合增强、界面电荷传输受限以及能量损耗导致的局部热积聚，最终影响器件性能与长期稳定性。
为解决超薄吸收层引发的界面缺陷积累、电荷传输受阻及热管理难题，研究团队提出了一种由药效团引导的界面分子设计策略。该方法采用具有刚性甾体骨架的Dexamethasone（Dex）作为界面配体，通过其分子中的羰基、羟基和9α-氟取代基的协同作用，在钙钛矿底层界面实现多点识别、缺陷钝化与偶极调控，从而优化界面能级匹配与载流子选择性提取。
机制分析表明，Dex倾向于以双位点方式锚定在钙钛矿表面，形成有利于空穴提取的定向界面偶极。结合理论计算、能谱分析及瞬态动力学测试，研究团队发现该分子不仅有效抑制了界面非辐射复合，还改善了超薄钙钛矿薄膜的结晶质量与界面接触。此外，红外热成像与光电热耦合分析进一步证实，Dex处理后的器件在热积累减少与散热效率提升方面表现显著，实现了电荷传输调控与热管理增强的同步优化。
基于上述策略，研究人员成功制备出采用约150 nm超薄吸收层的半透明器件，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，对应光利用效率约为3.19%。在80°C氮气环境下，器件的T80寿命超过1000小时，展现出优异的效率—透光率—稳定性三重性能平衡。这项研究为半透明钙钛矿太阳能电池中界面调控与热管理的协同设计提供了新的方向。