我国新型半导体光伏研发实现新突破

我国新型半导体光伏研发实现了重要突破，中国科学院长春应用化学研究所的科研人员在有机自组装分子设计及其在钙钛矿太阳能电池中的应用研究方面取得重大进展。相关研究成果以“Stable and uniform self - assembled organic diradical molecules for perovskite photovoltaics”为题，于2025年7月11日发表在《科学》（Science）上。具体情况如下：突破背景：钙钛矿太阳能电池因具备高效率、低成本和可溶液加工等优势，被认为是下一代光伏技术的重要发展方向之一。但目前其产业化进程面临瓶颈，传统空穴传输层制备成本高、稳定性不足，而现有有机自组装空穴传输分子存在空穴传输能力弱、组装均匀性差和实际工况下稳定性不足等问题，且大面积均匀成膜技术不成熟。突破内容：长春应化所秦川江和王利祥团队提出创新的双自由基自组装分子设计策略，开发出具有双自由基特性的自组装空穴传输分子。该分子通过构建共平面给体 - 受体共轭结构，具有强自由基特性，自旋强度较传统自组装分子高出近三个数量级，显著增强了载流子传输能力。同时，分子结构中引入位阻基团，抑制了分子堆叠现象，使材料更易于形成大面积均匀的自组装薄膜，在空穴传输性能、化学稳定性及溶液加工性能方面实现了协同优化。性能验证：周敏团队采用超分辨电化学测试系统，利用扫描电化学液池显微镜 - 薄层伏安技术，对分子性能进行原位表征。结果显示，双自由基分子的载流子传输速率是传统材料的两倍以上，在模拟工况条件下稳定性极高。新型双自由基分子可形成致密且均匀的单层结构，而传统分子组装密度较低且均匀性较差。研发成果：基于该新材料，长春应化所联合隆基绿能中央研究院制备了系列钙钛矿光伏器件。小面积器件实现了26.3%的光电转换效率，微模组效率达23.6%，面积扩展后效率衰减显著降低，器件运行稳定性明显提升。将新材料及钙钛矿光伏器件与晶硅电池相结合，钙钛矿 - 晶硅叠层器件效率达34.2%。该研究为解决钙钛矿太阳能电池中传输材料的相关难题提供了全新分子设计范式，建立了分子组装态性能的精准评估体系，为下一代高效稳定钙钛矿光伏组件的产业化注入了驱动力。