4月8日，福建農(nóng)林大學(xué)材料工程學(xué)院綠色光電器件與儲(chǔ)能電池團(tuán)隊(duì)青年教師林智超與西安交通大學(xué)、河南大學(xué)、澳門大學(xué)等單位合作，在《自然》發(fā)表題為《一種釹內(nèi)嵌富勒烯-聚合物偶聯(lián)層作為高效穩(wěn)定鈣鈦礦太陽(yáng)能電池界面層》文章。
鈣鈦礦太陽(yáng)能電池作為一種新型光伏器件，具有可與傳統(tǒng)硅太陽(yáng)能電池相媲美的性能和巨大的成本優(yōu)勢(shì)，在光伏發(fā)電、建筑集成、柔性電子等諸多領(lǐng)域顯現(xiàn)出發(fā)展?jié)摿Γ蔀樘?yáng)能電池的重要研究方向。鈣鈦礦太陽(yáng)能電池商業(yè)化的關(guān)鍵挑戰(zhàn)在于：實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性的雙優(yōu)。聚合物材料在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中表現(xiàn)出了卓越的內(nèi)部封裝特性，使用聚合物作為界面層可以阻擋水和氧氣對(duì)鈣鈦礦層的侵蝕，并抑制離子擴(kuò)散，提高鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的長(zhǎng)期工作穩(wěn)定性。然而，當(dāng)聚合物層過厚時(shí)，會(huì)存在電子屏蔽效應(yīng)，顯著抑制電荷的提取，導(dǎo)致鈣鈦礦太陽(yáng)能電池性能的損失，難以同時(shí)兼顧穩(wěn)定和高效。
富勒烯作為一種碳的同素異形體，呈現(xiàn)足球狀結(jié)構(gòu)，具有高效電子傳導(dǎo)特性。1991年發(fā)現(xiàn)鉀元素內(nèi)嵌的富勒烯C60在?255°C時(shí)表現(xiàn)出超導(dǎo)行為，這是迄今為止最高的分子超導(dǎo)溫度。有鑒于此，將內(nèi)嵌金屬富勒烯與聚合物相結(jié)合，有望實(shí)現(xiàn)高效電子傳輸和高穩(wěn)定性的雙重突破。
該研究報(bào)道了一種磁性金屬釹內(nèi)嵌富勒烯-聚合物（Nd@C82-PMMA）偶聯(lián)層，該偶聯(lián)層通過界面極化，增強(qiáng)了電子提取效率，同時(shí)兼具原位封裝和超快電子提取的特點(diǎn)，在促進(jìn)電子高效傳輸?shù)耐瑫r(shí)，抑制了離子擴(kuò)散，保護(hù)了鈣鈦礦層免受水和氧氣的侵蝕，助力效率和穩(wěn)定性的同步提升。
該研究闡明了富勒烯Nd@C82在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池界面產(chǎn)生永久強(qiáng)電場(chǎng)，增強(qiáng)電荷分離和提取的作用機(jī)制，提出了構(gòu)建金屬富勒烯-聚合物耦合互穿網(wǎng)絡(luò)新策略?；谏鲜霾呗詢?yōu)化后的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池實(shí)現(xiàn)了26.78%的能量轉(zhuǎn)換效率，在標(biāo)準(zhǔn)工作狀態(tài)下進(jìn)行最大功率點(diǎn)跟蹤，運(yùn)行2500小時(shí)后依舊維持著82%的初始性能，相較于此前的報(bào)道有著顯著提升，為制備性能和穩(wěn)定性兼優(yōu)的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池提供了新思路。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-025-08961-9
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