【物化】大连理工大学史彦涛课题组Adv. Funct. Mater.：打破碳基钙钛矿太阳能电池效率记录，认证效率21.9%

导语

随着国家双碳政策的提出，推动着新能源产业的高速发展，处于商业化前沿的钙钛矿太阳能电池（PSCs）受到使用的Ag/Au贵金属电极的影响，制约着其长期耐久性且制造成本高昂。相比之下，基于碳电极的C-PSCs具有低成本和高稳定性的优点，更适于商业化。然而，由于电荷转移动力学缓慢造成了C-PSC界面处巨大的能量损失，C-PSC的光电转换效率远远落后于基于Ag/Au等贵金属电极的钙钛矿太阳能电池，难以突破20%。鉴于此，大连理工大学王宇迪和史彦涛教授团队于AFM（DOI: 10.1002/adfm.202204831）刊发缺陷调控的D-MWCNT实现双界面耦合的碳基钙钛矿太阳能电池效率超过22%的研究成果。

作者简介

通讯作者：史彦涛，大连理工大学教授，博士生导师。研究方向为新型薄膜太阳能电池和光/电催化材料。先后主持国家自然基金面上项目/青年项目、辽宁省自然科学材料联合基金、大连市应用基础研究重点项目、大连理工大学重点项目等10余项，并参与科技部中美科技合作重大专项（子课题负责人）。2013年以来，以第一或通讯作者在Nature Energy、Joule、Nature Communications、Adv. Mater.、Adv. Energy Mater.、Energy Environ. Sci.、ACS Energy Letters、Nano Energy等权威学术期刊发表SCI论文100余篇。发表文章被引用4400余次，个人H因子38，授权中国发明专利10余项。
第一作者：王宇迪，大连理工大学化工学院青年教师，九三学社社员。主要从事新型光电材料制备及其光电、摩擦电器件的研究，重点发展高效稳定碳基钙钛矿太阳能电池以及钙钛矿与晶硅叠层光伏组件的研发，并探索其在混合能量采集中的器件组装和应用。主持国家自然科学基金青年项目和中国博士后面上一等资助项目，在Adv. Funct. Mater.、Nano Energy、Chem. Eng. J、Journal of Materials Chemistry A等杂志发表SCI论文40余篇，他引3100余次，个人H因子26，申请中国发明专利3件（已授权2件）。

前沿科研成果

打破碳基钙钛矿太阳能电池效率记录，认证效率21.9% 

通过缺陷调控的多壁碳纳米管（D-MWCNT）实现了双级界面耦合策略，受益于D-MWCNT末端丰富的含氧基团与2,2',7,7'-四(N,N-二-对-甲氧基苯胺)-9,9'-螺二芴之间的静电偶极矩相互作用，建立了分子水平的界面耦合，通过边缘效应引起的电子再分布和一维电荷超通道进行HTL内部快速电荷转移和传输。同时，由于D-MWCNT在纳米尺度上与石墨烯的界面耦合，在新型模块化C-PSC中实现了HTL和碳电极之间的无缝连接。基于这一策略，实现了高达22.07% 的C-PSC高效率记录（认证效率为21.9%）和出色的运行稳定性。该工作为进一步缩小C-PSC与传统的基于Ag / Au的PSC之间的光电转换效率差距提供了良好的策略，同时，工作中报道的高效率策略和模块化器件结构适合大面积化及集成化制备C-PSC，为推进C-PSC的大规模商业化打开了新的局面。

图1. D-MWCNT与Spiro-OMeTAD间的分子级界面耦合；a）D-MWCNT的C1s和b）O1s的XPS谱图；c）Spiro-OMeTAD修饰D-MWCNT前后的傅里叶变换红外光谱；d）Spiro-OMeTAD修饰D-MWCNT前后的表面电势成像图；e）Spiro-OMeTAD修饰D-MWCNT前后的紫外光电子能谱；f）Spiro-OMeTAD修饰D-MWCNT前后的空穴迁移率及测试器件结构；g）分子级界面耦合提升Spiro-OMeTAD电荷提取性能的图解说明。

图2. HTL与石墨烯电极间纳米尺度的界面耦合；Spiro-OMeTAD修饰D-MWCNT前后的a，b）导电原子力显微图片；c，d）AFM高度图；e，f）水接触角；g，h）C-PSCs器件的截面扫描电子显微图，彩色清楚标记了HTL/石墨烯界面的接触状态。

图3. MC-PSCs器件的光伏性能和运行稳定性；a）电流密度-电压曲线；b）单色光电转换效率谱；c）稳态输出功率；d）未封装MC-PSCs器件在模拟一个太阳光照射下的运行稳定性。

本文第一作者是王宇迪老师，通讯作者是史彦涛教授，通讯单位是大连理工大学。

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