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南京工業(yè)大學(xué)合成新添加劑 可讓鈣鈦礦太陽能電池效率高達(dá)24.1%
2023年02月23日 16:13:44
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：楊 點(diǎn)擊量：4629
南京工業(yè)大學(xué)教授秦天石、副教授王芳芳研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)合成了一種多功能氟取代分子作為添加劑，該添加劑可以誘導(dǎo)鈣鈦礦薄膜形成更加有序的結(jié)晶，進(jìn)而獲得了高效、穩(wěn)定的鈣鈦礦太陽能電池器件性能。
【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】鈣鈦礦型太陽能電池是利用鈣鈦礦型的有機(jī)金屬鹵化物半導(dǎo)體作為吸光材料的太陽能電池，屬于第三代太陽能電池，也稱作新概念太陽能電池。因?yàn)榈统杀救軇┘庸ぁ⒅苽涔に嚭唵魏湍芰哭D(zhuǎn)化效率高等優(yōu)勢，鈣鈦礦型太陽能電池已成為新型光伏領(lǐng)域最強(qiáng)有力的競爭者。但是，鈣鈦礦太陽能電池的商業(yè)化依然面臨著濕、熱、光等穩(wěn)定性問題。研究證明，混合離子鈣鈦礦在連續(xù)光照下會發(fā)生相偏析。揮發(fā)性陽離子成分會引起鈣鈦礦薄膜中的針孔和殘留碘化鉛的形成，嚴(yán)重影響了在高溫或潮濕條件下的器件性能。
摻入混合離子是穩(wěn)定高效太陽能電池的黑相碘化鉛鈣鈦礦的常用策略。然而，這些裝置通常遭受光誘導(dǎo)的相分離和濕度不穩(wěn)定性。南京工業(yè)大學(xué)教授秦天石、副教授王芳芳研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)合成了一種多功能氟取代分子作為添加劑，該添加劑可以誘導(dǎo)鈣鈦礦薄膜形成更加有序的結(jié)晶，進(jìn)而獲得了高效、穩(wěn)定的鈣鈦礦太陽能電池器件性能。
研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，造成混合離子鈣鈦礦困境的根本原因是，由于中間相誘導(dǎo)的多種成核途徑，導(dǎo)致其無法生長成均勻的高結(jié)晶性薄膜。鈣鈦礦薄膜是由鈣鈦礦晶體構(gòu)成的，鈣鈦礦薄膜中晶體排列越有序，缺陷就越少，被水或濕氣攻擊的位點(diǎn)就越少，所以越穩(wěn)定。研究團(tuán)隊(duì)成功設(shè)計(jì)合成了一種多功能氟取代分子作為添加劑，該添加劑可以抑制多中間相的生成，促進(jìn)定向結(jié)晶，誘導(dǎo)鈣鈦礦薄膜形成更加有序的結(jié)晶，進(jìn)而獲得了高效、穩(wěn)定的鈣鈦礦太陽能電池器件性能。
“我們設(shè)計(jì)合成的新型添加劑材料，制備的鈣鈦礦太陽能電池實(shí)現(xiàn)了高達(dá)24.1%的效率，并表現(xiàn)出了優(yōu)異的器件穩(wěn)定性，連續(xù)光照1000小時或在≈50%濕度的空氣環(huán)境中加速老化2000小時后，仍保持了其初始效率值的95%以上。”論文第一作者、南京工業(yè)大學(xué)碩士生李慕白說，加了添加劑的鈣鈦礦薄膜，不僅能抗擊住空氣中的少量水分，甚至直接放到水中浸泡5分鐘以上仍不分解，而參比薄膜在1秒鐘之內(nèi)就分解掉了，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的新型材料極大地提高了鈣鈦礦太陽能電池的穩(wěn)定性。
相關(guān)論文Orientated crystallization of FA-based perovskite via hydrogen-bonded polymer network for efficient and stable solar cells于近日發(fā)表在國際期刊《自然—通訊》(nature communications)。
參考來源：中國科學(xué)報
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