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南京工業大學合成新添加劑 可讓鈣鈦礦太陽能電池效率高達24.1%
2023年02月23日 16:13:44
來源：化工儀器網 作者：楊 點擊量：4582
南京工業大學教授秦天石、副教授王芳芳研究團隊設計合成了一種多功能氟取代分子作為添加劑，該添加劑可以誘導鈣鈦礦薄膜形成更加有序的結晶，進而獲得了高效、穩定的鈣鈦礦太陽能電池器件性能。
【化工儀器網 項目成果】鈣鈦礦型太陽能電池是利用鈣鈦礦型的有機金屬鹵化物半導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。因為低成本溶劑加工、制備工藝簡單和能量轉化效率高等優勢，鈣鈦礦型太陽能電池已成為新型光伏領域最強有力的競爭者。但是，鈣鈦礦太陽能電池的商業化依然面臨著濕、熱、光等穩定性問題。研究證明，混合離子鈣鈦礦在連續光照下會發生相偏析。揮發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的相分離和濕度不穩定性。南京工業大學教授秦天石、副教授王芳芳研究團隊設計合成了一種多功能氟取代分子作為添加劑，該添加劑可以誘導鈣鈦礦薄膜形成更加有序的結晶，進而獲得了高效、穩定的鈣鈦礦太陽能電池器件性能。
研究團隊發現，造成混合離子鈣鈦礦困境的根本原因是，由于中間相誘導的多種成核途徑，導致其無法生長成均勻的高結晶性薄膜。鈣鈦礦薄膜是由鈣鈦礦晶體構成的，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就越少，所以越穩定。研究團隊成功設計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，促進定向結晶，誘導鈣鈦礦薄膜形成更加有序的結晶，進而獲得了高效、穩定的鈣鈦礦太陽能電池器件性能。
“我們設計合成的新型添加劑材料，制備的鈣鈦礦太陽能電池實現了高達24.1%的效率，并表現出了優異的器件穩定性，連續光照1000小時或在≈50%濕度的空氣環境中加速老化2000小時后，仍保持了其初始效率值的95%以上。”論文第一作者、南京工業大學碩士生李慕白說，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秒鐘之內就分解掉了，團隊設計的新型材料極大地提高了鈣鈦礦太陽能電池的穩定性。
相關論文Orientated crystallization of FA-based perovskite via hydrogen-bonded polymer network for efficient and stable solar cells于近日發表在國際期刊《自然—通訊》(nature communications)。
參考來源：中國科學報
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