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近日，我院吴季怀教授课题组兰章教授在Nano Energy上发表碳电极钙钛矿太阳能电池重要研究成果：PbS/CdS Heterojunction Thin Layer Affords High-Performance Carbon-Based All-Inorganic Solar Cells (DOI: 10.1016/j.nanoen.2022.106973)。Nano Energy是Elsevier出版社旗下国际纳米能源领域公认的顶级期刊，最新影响因子为17.881。

碳电极钙钛矿太阳能电池相比传统贵金属电极电池具有显著优势，如成本更低、制备工艺更为简单、稳定性更好等。但是钙钛矿/碳电极界面存在的大量缺陷使电池暗反应严重，同时钙钛矿/碳电极间空穴的选择提取效率也不高，导致其光电转换效率明显低于传统结构电池。为解决这一关键问题，兰章教授带领的研究小组将聚噻吩/富勒烯体异质结薄层插入钙钛矿/碳电极界面，制备出效率高达11.54%的碳电极CsPbIBr₂太阳能电池，为此类电池的最高效率之一(High-Efficiency Carbon-Based CsPbIBr₂ Solar Cells with Interfacial Energy Loss Suppressed by a Thin Bulk-Heterojunction Layer, Deng Wang, Zhang Lan*, et al, Solar RRL, 2021, 5, 2100375, DOI: 10.1002/solr.202100375)。

随后，他们尝试用全无机硫化物纳米晶/量子点(PbS/CdS)来构建体异质结用于修饰钙钛矿/碳电极界面，发现这一策略对抑制钙钛矿/碳电极界面暗反应，提高空穴提取效率具有显著效果。以CsPbI_xBr_3-x体系碳电极太阳能电池为例，在CsPbI_xBr_3-x/碳电极界面插入PbS/CdS异质结后，CsPbIBr₂、CsPbI_1.5Br_1.5和CsPbI₂Br电池的效率分别从原来8.35%，10.62%和11.40%提高到10.70%，13.65%和14.13%，其中CsPbI_1.5Br_1.5电池13.65%的效率也是同类电池目前最高效率之一。此外，该策略还显著提高了电池长期稳定性，其中CsPbI_1.5Br_1.5电池在空气中（相对湿度RH≈30%）存放1200小时能保持初始光电转换效率90%以上，在氮气环境85℃加热条件下，400小时仍能保持初始光电转换的87%。后续研究发现，这一策略不仅能有效提升碳电极全无机钙钛矿太阳能电池效率和稳定性，亦可以显著提升碳电极有机无机杂化钙钛矿太阳能电池效率和稳定性，是攻克当前碳电极钙钛矿太阳能电池发展瓶颈的有效策略。

该研究工作在兰章和吴季怀教授共同指导下完成，2019级博士生徐源为第一作者。研究得到国家自然科学基金-海峡联合基金重点项目（U1705256）和国家自然科学基金项目（51972123、21771066）的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2022.106973