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碳电极钙钛矿太阳能电池效率突破23.6%，大连理工大学研究登nature energy
2025年11月19日 09:33:55
来源：化工仪器网 作者：杨 点击量：4974
这一效率是目前已知碳电极钙钛矿太阳能电池的世界最高效率，并获得第三方中国计量科学研究院的认证。
近日，大连理工大学化学学院王宇迪副教授与史彦涛教授团队在碳基钙钛矿太阳能电池领域取得重要进展。研究团队通过羧基功能化氧化石墨烯掺杂空穴传输层，成功实现了碳电极钙钛矿太阳能电池23.6%的光电转换效率。这一效率是目前已知碳电极钙钛矿太阳能电池的世界最高效率，并获得第三方中国计量科学研究院的认证。
钙钛矿电池之所以备受关注，源于其多重优势：理论效率超30%，叠层技术更可达40%以上，远超晶硅电池29.43%的理论极限。它制备流程简捷高效，无需高温高能耗工艺，规模化后成本或仅为晶硅的1/3。在能源转型的浪潮中，钙钛矿太阳能电池以其惊人的发展速度成为光伏领域的一颗新星。
然而，性能优异的钙钛矿太阳能电池也面临着严峻的挑战。稳定性问题首当其冲。钙钛矿电池通常依赖昂贵且在高湿高温下不稳定的金属电极(如金、银)，这些电极材料不仅增加了成本，还限制了电池的长期使用寿命。常用的空穴传输材料Spiro-OMeTAD，需氧气和锂盐参与的p型掺杂工艺来提升性能。该工艺带来的耗时重复性差和锂离子迁移等问题是导致器件性能衰退的主要隐患。
面对这些挑战，大连理工大学副教授王宇迪与教授史彦涛团队将研究重点转向了碳电极钙钛矿电池。碳电极制备的钙钛矿电池成本低廉、制备工艺简单且具有卓越的环境稳定性，被视为极具潜力的替代方案。但碳电极与空穴传输层间界面电荷传输动力学缓慢的问题，一直是限制其性能提升的瓶颈。
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。这一创新材料利用氧化石墨烯中羧基官能团的强吸电子特性，在无需氧气暴露的条件下从Spiro-OMeTAD分子捕获电子，实现对其的高效快速p型掺杂。同时，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平面共轭电子网络，与碳电极之间构建强π-π共轭的耦合界面，极大地减少了界面电荷传输动力学损失。尤为重要的是，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。
这项研究带来的突破不仅体现在效率数字上，更在于其综合性能的提升。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，展现出惊人的运行稳定性。这一稳定性表现从根本上解决了钙钛矿电池商业化的一大障碍。
该研究成功地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，同时保留了其低成本、高稳定性的核心优势。碳电极钙钛矿电池的效率突破，为光伏产业可持续发展提供了新的技术路径。
相关研究成果Graphene oxide doping of the hole injection layer enables 23.6% efficiency in perovskite solar cells with carbon electrodes于近日发表于《自然-能源》(nature energy)。
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