近日，吉林大学物理学院新型电池物理与技术教育部重点实验室王晓峰教授团队，在钙钛矿太阳能电池空穴传输材料研究方面取得重要进展，相关成果以“Nickel Chlorophyll-Derived Hole Transport Materials for Stable and Efficient Inverted Perovskite Solar Cells”为题发表在国际权威期刊《Nano Letters》上。
在全球向可再生能源转型的进程中，钙钛矿太阳能电池(Perovskite Solar Cells, PSCs)因其高效率、低成本和工艺简单等优势而成为研究热点。在反式结构(inverted)PSC中，空穴选择层(Hole-Selective Layer, HSL)扮演着至关重要的角色，它不仅影响电荷提取效率，更直接决定了钙钛矿薄膜的成膜质量和界面稳定性。因此，寻找兼具高性能与环境友好的HSL材料成为当下研究的重点。
该工作在天然叶绿素a的基础上，设计了三种镍基叶绿素衍生物(NiChls)，并采用电化学聚合方法制备出对应的聚合薄膜，成功构建出一类无需掺杂的空穴选择层材料。其中，基于NiChl-Deoxo的PSC实现了创纪录的21.8%的效率，填充因子为83.8%，这是迄今为止报道的基于叶绿素的钙钛矿太阳能电池的最高效率。此外，这些设备表现出卓越的长期稳定性。这项研究强调了分子修饰在推进叶绿素基材料方面的有效性，并为开发用于下一代钙钛矿太阳能电池的高性能、无掺杂剂HSL提出了一条有希望的途径。
本文使用的叶绿素分子的结构式以及电化学聚合装置示意图
论文第一作者为吉林大学物理学院2022级凝聚态物理专业博士研究生刘子嫣，通讯作者为王晓峰教授。该工作得到了国家自然科学基金面上项目的资助。
