记者7月25日从西湖大学获悉，该校工学院王睿实验室开发了一种新分子——Py3，它有望显著提升钙钛矿太阳能电池（以下简称钙钛矿电池）光电转化效率，并将其使用寿命延长约2倍。相关研究成果24日在线发表于《自然》杂志。
“典型的钙钛矿电池共有五层。”王睿介绍，在正置钙钛矿电池中，自电池表面到内部依次为透明导电氧化物、电子传输层、钙钛矿光吸收层、空穴选择接触层、金属电极；而在倒置钙钛矿电池中，电子传输层和空穴选择接触层的位置对调，其余几层不变。Py3分子主要针对倒置钙钛矿电池而开发。
Py3分子。西湖大学供图
近几年，科研人员发现，倒置钙钛矿电池的效率可与正置钙钛矿电池相媲美，且稳定性更强，与叠层器件的兼容性也较好。因此，倒置钙钛矿电池成为新的研究热点。
不过，王睿团队发现，倒置钙钛矿电池存在一些缺陷，其与基于小分子的空穴选择性接触层有关。该层是正电荷的“交通要道”，是实现倒置钙钛矿电池高效稳定的关键组成部分。
“空穴选择性接触层的性能，和所选用分子的化学结构紧密相关。”王睿解释说，这类分子通常由共轭母核和锚定基团组成，目前其结构设计依赖氮、硫、氧等杂原子取代的π-共轭结构。这容易导致分子结构不稳定，影响钙钛矿电池的效率和稳定性。
为解决这一问题，王睿团队联合浙江大学薛晶晶团队，尝试构建一种全新的共轭母核。他们抛弃传统设计思路，把目光投向具有本征稳定性的全碳基结构——芘核。最终，研究团队成功合成基于芘的共轭母核分子Py3，并开发了新型空穴选择接触结构。
实验测试显示，采用Py3分子作为空穴选择性接触层的钙钛矿电池，光电转化效率显著提高至26.1%；此类钙钛矿电池器件运行寿命超1万小时。而在现阶段，钙钛矿电池的使用寿命约为3000小时。据悉，研究团队未来将继续优化Py3的分子设计。
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