江苏
现代快报讯（记者 李楠）近日，东南大学材料科学与工程学院张天恺教授联合苏州大学李耀文教授、陈先凯教授团队，提出一种新型钙钛矿光伏电池界面层设计策略——具有强“电子共振”结构的单分子层，相关成果发表于国际顶级期刊《自然》。该研究针对传统界面单分子层本征锚定强度低导致钙钛矿电池在严苛条件下稳定性差的问题，提供了一种新的解决思路。
钙钛矿电池轻薄可弯折，能做成柔性发电薄膜，可用于穿戴设备、建筑墙面、太空与极地能源供给，是下一代光伏核心技术。但长期以来，电池内部一层仅单分子厚度的电荷提取界面极易脱落，产生大量缺陷，高温、冷热交替环境下发电效率快速下滑，成为规模化落地的最大阻碍。
目前研究者们多通过增加分子点位、空间阻隔等方式缓解老化，针对单分子层在基底上本征锚定强度的研究和设计尚未开展。本次团队另辟蹊径，设计“给体-受体-给体”电子共振分子结构，放大锚定基团电子云密度，缩短并加固分子与基底的连接共价键，让界面分子牢牢“粘”在基底上，同时分子铺展更均匀，兼顾发电效率与长期稳定。
团队设计了两个三苯胺电子给体和一个氰基磷酸电子受体的单分子层结构，与简单的非“电子共振”单分子层相比，其锚定基团氰基磷酸部分电子云密度更高，从而有效增强了单分子层与基底的锚定强度，器件在-40℃～85℃宽幅温度循环、85℃高温光照等多种严苛运行条件下的稳定性均得到了大幅提升，为钙钛矿太阳能电池拓展极地，太空等应用场景提供了可能。
在应用层面，全新的“电子共振”单分子层在0.063cm²小面积器件和15.64cm²模组器件上分别实现了27.69%和23.63%的认证器件效率，封装器件在多种严苛老化条件下的运行稳定性均实现了突破性增长。同时，该单分子层设计策略在柔性钙钛矿电池器件上的普适性也得到了可靠验证。
《自然》审稿专家表示，这项研究厘清了单分子层电子排布与界面牢固度的内在关联，开创电子共振分子设计全新思路，为极端环境光伏设备提供底层化学方案。该成果将助力我国新能源产业升级，为“双碳”目标落地提供技术储备。
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