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在光伏行業(yè)對“降本增效”的追求下，鈣鈦礦這一崛起的光伏新勢力受到前所未有的關注。協(xié)鑫、纖納、極電、仁爍、無限、大正、萬度、光晶等光伏企業(yè)均在鈣鈦礦領域完成多輪融資。目前，鈣鈦礦最受關注的兩大突破方向：一是效率，二是穩(wěn)定性。

華東理工大學吳永真教授、朱為宏教授、德國波茨坦大學Martin Stolterfoht教授、吉林大學張立軍教授和華中科技大學陳煒教授等人聯(lián)合研究了一種具有親水性氰基乙烯基膦酸(CPA)錨定基團和疏水性芳基胺基空穴提取基團(MPA-CPA)的兩親性分子空穴轉(zhuǎn)運體，通過潤濕和鈍化增強鈣鈦礦沉積，最大限度地減少了埋藏的界面缺陷。這項鈣鈦礦太陽能電池有機空穴傳輸材料領域的新成果，使得太陽能電池的功率轉(zhuǎn)換效率達到25.4%，創(chuàng)造了世界紀錄。

實驗結(jié)果顯示，所得鈣鈦礦薄膜的PLQY為17%，Shockley-Read-Hall壽命接近7微秒，并在1.21V的VOC和84.7%的FF下實現(xiàn)了25.4%的認證功率轉(zhuǎn)換效率（PCE）。此外，1 cm2和10 cm2微型模塊的PCE分別為23.4%和22.0%。更加重要的是，封裝組件在操作和濕熱測試條件下均表現(xiàn)出高穩(wěn)定性。

論文的第一作者之一葉方圓在接受采訪時稱，鈣鈦礦電池所謂的發(fā)電效率高，很大程度還停留在理論上。當前鈣鈦礦電池的實際發(fā)電效率其實還沒有達到傳統(tǒng)光伏硅片的水平，他們想要做的事，就是讓這個效率再高一點。

鈣鈦礦電池的結(jié)構(gòu)像是一個三明治，以反型平面鈣鈦礦電池為例,自下往上依次為：玻璃、透明電極（FTO或ITO）、電子傳輸層、鈣鈦礦層、空穴傳輸層、金屬電極。鈣鈦礦材料的兩邊分別覆蓋著電子傳輸材料和空穴傳輸材料。所謂空穴傳輸材料是一種有機半導體材料，在電場作用下可以實現(xiàn)載流子定向有序的可控遷移，從而達到傳輸電荷的作用。

但傳統(tǒng)的空穴傳輸材料要么過于疏水，無法潤濕鈣鈦礦前體，要么會與鈣鈦礦發(fā)生反應，從而導致層與層之間的掩埋界面產(chǎn)生限制性能的缺陷。

在這項研究中，團隊創(chuàng)新性地引入氰基膦酸單元，發(fā)展出雙親性小分子空穴傳輸材料，通過動態(tài)自組裝構(gòu)筑有序、超薄、表面超浸潤層，“一石二鳥”地解決了器件應用中載流子輸運和界面缺陷控制兩大難題。

研究解決了如何通過開發(fā)兩親性分子空穴傳輸體來控制倒置PSCs的隱埋界面處的缺陷這一問題。MPA-CPA分子不僅在ITO襯底上形成了高效的空穴選擇性SAM，而且還通過提供超潤濕底層增強了鈣鈦礦沉積。

由于氰基和膦酸基團與鉛離子的協(xié)同配位作用，設計的CPA基團表現(xiàn)出改善的親水性和缺陷鈍化能力。同時，兩親性襯底設計策略對于其他基于鈣鈦礦的光電器件具有普適性。未來的研究將集中在管理鈣鈦礦-ETL界面處的非輻射復合和能量排列，以進一步提升MPA-CPA/鈣鈦礦的效率。

原標題：華理首篇《Science》：25.4%刷新鈣鈦礦效率紀錄！