碳电极钙钛矿太阳能电池创造23.6%最高效率纪录
本报讯（记者孙丹宁）近日，大连理工大学副教授王宇迪与教授史彦涛团队在碳基钙钛矿太阳能电池领域取得新进展。团队制备了新型氧化石墨烯掺杂空穴传输层，并且实现了碳电极钙钛矿太阳能电池23.6%的光电转换效率。相关成果发表于《自然-能源》。
钙钛矿太阳能电池（PSCs）以出色的光电转换效率和低成本优势，为实现“双碳”战略目标提供了产品和技术支持。PSCs通常依赖昂贵且在高湿高温下不稳定的金属电极。
此前，团队采用碳电极制备了钙钛矿电池（C-PSCs），因成本低廉、制备工艺简单，具有卓越的环境稳定性，被视为极具潜力的替代方案。然而，碳电极与空穴传输层间界面电荷传输动力学缓慢，且常用的空穴传输材料Spiro-OMeTAD需要氧气和锂盐参与的p型掺杂工艺，该工艺面临耗时、稳定性差、锂离子迁移等问题，是导致器件性能衰退的主要隐患。
针对这一挑战，研究团队制备了羧基功能化的氧化石墨烯掺杂Spiro-OMeTAD的空穴传输层，利用氧化石墨烯中羧基官能团的强吸电子特性，能够在无需氧气暴露的条件下从Spiro-OMeTAD分子捕获电子，实现对其高效快速p型掺杂，大幅提高了空穴传输层载流子迁移率及掺杂稳定性。同时，团队利用氧化石墨烯独特的离域π电子结构，在空穴传输层表面形成了平面共轭电子网络，并与碳电极之间构建了强π-π共轭的耦合界面，极大减少了界面电荷传输动力学损失。
该研究结合叠合式“双碳”电极结构实现了23.6%的C-PSCs世界最高效率，并获得第三方中国计量科学研究院的认证。此外，研究发现空穴传输层中锂离子能够插入氧化石墨烯层间形成牢固的Li-C键，从而“锁住”这些可能损害电池长期稳定性的离子，未封装的电池在连续光照1000小时后仍保持98.7%的初始效率，从根本上延长了器件的运行寿命。
这项研究成果成功缩小了碳基钙钛矿太阳能电池与金属电极器件的性能差距，同时保留了低成本、高稳定性的核心优势。
相关论文信息：
https://doi.org/10.1038/s41560-025-01893-8
《中国科学报》(2025-11-19 第1版 要闻)
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