近日，省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室新能源材料团队在绿色长寿命碳基钙钛矿太阳能电池研究中取得重要进展，研究团队在国际材料科学领域顶级期刊《Journal of Energy Chemistry》（中科院一区，TOP期刊，IF:14.90）和《Chemical Engineering Journal》（中科院一区，TOP期刊，IF:13.20）上连续发表了题为“Promoting hole mobility in carbon-based perovskite solar cells by p-type doping of P3HT to lower its hole reorganization energy”和“Decreasing internal reorganization energy via inactivating iodine defects to optimize Marcus-Gerischer charge mobility for high-performance carbon-based perovskite solar cells”的研究论文。两篇论文均以兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室为第一完成单位，主要由硕士研究生达世纪、博士研究生李彩霞完成，刘文武副研究员为第一通讯作者，孔令斌教授为共同通讯作者。

针对碳基钙钛矿太阳能电池光电效率以及光生空穴抽取效率低的问题，提出了通过p-型掺杂剂N,N-二甲基苯铵四（五氟苯基）硼酸盐（DMA-TPFB）调控 P3HT 空穴传输层中光生空穴的抽取能力，增加的高密度空穴P3HT+会产生空穴极化子屏蔽效应，降低了激子解离重组能（λED）、电荷扩散转移重组能（λCDT）和非辐射电荷复合重组能（λCR），使空穴重组能 λRE 从0.633降低到0.280 eV，从而提升 P3HT空穴迁移率；经DMA-TPFB掺杂的器件实现了18.78%的光电转换效率（PCE），显著高于对照器件的15.87%。未封装的目标器件在室温、相对湿度40%-60%的空气中老化720小时后，仍保持了初始效率的75%。

针对碳基钙钛矿太阳能电池中钙钛矿晶格缺陷问题，提出了在3D钙钛矿 MAPbI3薄膜中通过添加适量含路易斯酸碱的分子7-溴-1,1,1-三氟-2-庚酮C7H10BrF3O (BTH)成功实现了钙钛矿界面路易斯酸碱缺陷态的精准调控。结果发现随 BTH 分子的添加钙钛矿晶格中，由于BTH分子中的-Br, -O, -F路易斯碱官能团与钙钛矿晶面缺陷的配位及氢键作用，有效减小了钙钛矿晶面及晶界的晶格畸变能，与缺陷态钙钛矿晶体结构相比较，BTH修复的晶格中平均键长LPb-I收缩、平均键角 θPb-I-Pb增大，降低了电子重组能 λe和空穴重组能λh，从而提高空穴和电子的电荷转移率和迁移率及电池光电性能。以上研究成果有望在商业化钙钛矿电池及叠层电池领域得到推广应用。

本项研究获得了国家自然科学基金(52262035)，甘肃省科技重大专项(24ZD13GA018)，甘肃省自然科学基金(26JRRA521)等项目的支持。（图/文：刘文武；审核：张飞龙）