物理所孟慶波組Nat. Commun.：調節三層全碳電極提升CsPbI?鈣鈦礦太陽能電池性能

發表時間：2025-04-10 14:13

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由中國科學院物理研究所孟慶波教授、李冬梅教授帶領的團隊，在基于碳材料的鈣鈦礦太陽能電池研究領域取得了重要進展。鑒于此類電池成本低廉、疏水性強且化學惰性等特性，展現出良好的應用前景，但目前其器件效率仍不盡如人意，該團隊設計了一種用于n - i - p型鈣鈦礦太陽能電池的三層全碳電極。

該電極由改性大孔碳層、高導電石墨層和致密薄碳層構成，各層在提升電池性能方面發揮著不同的作用。改性大孔碳層上修飾的碳量子點可以實現 full-carbon electrode/spiro-OMeTAD/CsPbI?界面的更好能級匹配。而高導電石墨層則發揮著與之不同的關鍵作用，它有利于載流子傳輸。通常，頂部的致密薄碳層具有出色的散熱性能，根據理論模擬和實驗測試，其可使器件的工作溫度降低約10°C。

因此，封裝后的基于全碳電極的CsPbI?電池在約70°C的溫度下以及白光發光二極管照射下表現出更優異的光熱穩定性，在連續運行2000小時后效率未出現衰減。

綜上所述，該團隊成功開發了一種三層結構的功能性修飾碳電極（F - CEs），與傳統的碳電極相比，該電極不僅具有優異的界面接觸能力和電學性能，還具有高散熱性能。

他們的F - CEs助力無機CsPbI?鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）實現了超過19%的認證光電轉換效率（PCEs），這是基于碳電極（CEs）所報道的*高效率。通常，F - CE展現出優異的輻射制冷效應，可提升PSCs的熱穩定性，根據模擬和實驗結果，其可使工作電池的溫度降低約10°C。

此外，基于F - CE的CsPbI? PSCs表現出**的運行穩定性，在連續運行2000小時后效率幾乎無衰減，且CsPbI? PSCs在不同聚光光照條件下也表現出良好的穩定性。該團隊的三層碳電極提供了一種簡單而有效的策略，以提升CsPbI? PSCs的光電轉換效率和熱穩定性。