根据宁波大学官方发布的信息及国际学术期刊《先进能源材料》(Advanced Energy Materials)刊载的论文,宁波大学张京教授团队联合苏州大学,在全钙钛矿叠层电池领域取得了一项关键技术突破。
该项研究的核心创新在于,团队首次实现了溶液法无机SnO₂电子传输层在反式锡铅钙钛矿电池中的成功应用。在此之前,行业内普遍采用有机电子传输层材料(如PCBM),但这类材料存在寄生光吸收、高温热稳定性差以及长期光照下易发生二聚化等本征缺陷,制约了器件的性能和寿命。而无机SnO₂虽然光电性能优异且化学性质稳定,但采用溶液法制备时,纳米颗粒薄膜内部存在大量界面空隙和“断头路”,导致电荷传输严重受阻,此前全球多个团队尝试将其应用于反式锡铅钙钛矿电池,均未获成功。
针对这一技术瓶颈,张京团队创新性地提出了石墨烯量子点(GQDs)功能化SnO₂纳米颗粒的策略。通过第一性原理密度泛函理论计算,研究从原子尺度揭示了GQDs的“电子桥”效应:GQDs嵌入SnO₂纳米颗粒之间的缝隙中,如同纳米桥梁般将电荷传输通道首尾相连;同时在钙钛矿与电子传输层界面形成定向的电子“漏斗”,引导电荷高效提取;此外,GQDs丰富的官能团还能有效钝化钙钛矿材料中的碘空位和未配位金属离子等能级缺陷。
实验数据显示,经GQDs优化后,单结电池的光电转换效率从21.17%提升至23.38%,全钙钛矿叠层电池的效率达到29.4%。在稳定性方面,基于SnO₂-GQDs的未封装器件在氮气氛围下经过500小时连续光照后,仍保持初始效率的94.2%。这一成果意味着,采用极少量石墨烯量子点即可实现对无机电子传输层的全面升级,同时解决了电荷传输、界面提取和缺陷钝化三个层面的问题,为低成本、高效率全钙钛矿叠层光伏技术的商业化应用提供了一条可行的技术路径。
