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鈣鈦礦太陽能電池穩(wěn)定性再獲突破 昆明理工大學(xué)帶來全新成果
2025年06月17日 17:23:32
來源：化工儀器網(wǎng) 點擊量：1347
，昆明理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院陳江照教授和何冬梅教授團(tuán)隊在高性能鈣鈦礦太陽能電池領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，成功在鈣鈦礦太陽能電池穩(wěn)定性上取得重要突破。
鈣鈦礦疊層太陽電池是一種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，并通過疊層結(jié)構(gòu)來提高光電轉(zhuǎn)換效率的太陽能電池。作為太能能電池家族中重要的一員，鈣鈦礦疊層太陽電池具有成本低、應(yīng)用范圍廣、環(huán)境友好等優(yōu)勢，因此被寄予厚望。但與此同時，此類電池的穩(wěn)定性依舊存在缺陷，解決電池的穩(wěn)定性難題，提升電池光電轉(zhuǎn)換效率自然而然的成為了該領(lǐng)域目前的發(fā)展方向。近日，昆明理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院陳江照教授和何冬梅教授團(tuán)隊在高性能鈣鈦礦太陽能電池領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，成功在鈣鈦礦太陽能電池穩(wěn)定性上取得重要突破。
一直以來，發(fā)展鈣鈦礦電池都是我國能源產(chǎn)業(yè)的一個重點發(fā)展方向，并且得益于我國科研技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，在該領(lǐng)域連續(xù)獲得了突破。2024年年初，南京大學(xué)研究團(tuán)隊就曾經(jīng)在全鈣鈦礦光伏組件上取得新突破，成功研制出了穩(wěn)態(tài)光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)24.5%的大面積全鈣鈦礦光伏組件，為后續(xù)此類組件產(chǎn)業(yè)化發(fā)展打下技術(shù)基礎(chǔ)。
同年7月，西湖大學(xué)團(tuán)隊聯(lián)合浙江大學(xué)團(tuán)隊針對倒置鈣鈦礦電池，成功開發(fā)出了Py3分子，該技術(shù)有望將電池使用壽命延長近兩倍，同時提升其光電轉(zhuǎn)化效率至26.1%，成功為倒置鈣鈦礦電池的進(jìn)一步發(fā)展提供了技術(shù)基礎(chǔ)。
與此同時，南京航空航天大學(xué)也在同一個月收獲重要成果，研究出了基于氣相的處理方法——氣相氟蒸汽處理方法，成功制備出光電轉(zhuǎn)化效率超過18%、超過200平方厘米的鈣鈦礦太陽能電池，探索出了制備大面積長效穩(wěn)定電池的可能性。
今年2月，浙江白馬湖實驗室在鈣鈦礦太陽能電池領(lǐng)域在獲突破，與蘇州大學(xué)聯(lián)合團(tuán)隊研發(fā)的小面積單結(jié)鈣鈦礦太陽能電池，穩(wěn)態(tài)效率達(dá)到26.81%，刷新了當(dāng)時的世界紀(jì)錄。
而目前，這種新型太陽能電池的認(rèn)證光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)可以達(dá)到27%，僅從這點看，足夠與單晶硅電池相媲美，但是在工作穩(wěn)定性，依舊存在缺陷。針對這一問題，昆明理工大學(xué)團(tuán)隊提出了一種新的思路。
據(jù)悉，該團(tuán)隊鑒于鈣鈦礦太陽能電池的長期穩(wěn)定性受制約是由于電池中有機(jī)空穴傳輸層的鋰離子和鹵素離子的遷移和擴(kuò)散以及磷酸三丁酯的揮發(fā)，因此采用l -谷氨酸二芐基酯- 4甲苯磺酸鹽同時調(diào)控有機(jī)空穴傳輸層和埋底界面，通過固定鋰離子、磷酸三丁酯和鹵素離子及鈍化雙界面缺陷，穩(wěn)定有機(jī)空穴傳輸層，減少界面能損失。l -谷氨酸二芐基酯- 4甲苯磺酸鹽通過苯磺酸陰離子與鋰離子的離子鍵相互作用抑制了其擴(kuò)散，而銨離子與磷酸三丁酯形成氫鍵可以抑制磷酸三丁酯的揮發(fā)。此外，通過鈍化未配位鉛離子和鹵素空位缺陷，能夠有效抑制鹵素離子遷移和界面陷阱誘導(dǎo)的非輻射復(fù)合。協(xié)同優(yōu)化的器件實現(xiàn)了25.06%的冠軍功率轉(zhuǎn)換效率(認(rèn)證PCE為24.08%)。
實驗結(jié)果顯示，目標(biāo)器件分別在35-45%相對濕度條件下老化3000小時，65℃熱老化2000小時，一個太陽模擬光連續(xù)照射1200小時后，依舊能保持原始效率的95.02%、91.21%和80.23%。
盡管目前該成果還沒有實現(xiàn)產(chǎn)品化，但是是解決鈣鈦礦光伏器件和其他鈣鈦礦基光電器件不穩(wěn)定問題的一個行之有效的方法。目前，相關(guān)內(nèi)容已經(jīng)刊登于國際材料學(xué)期刊《先進(jìn)材料》上，并有望為鈣鈦礦太陽能電池中離子遷移的抑制提供了一種普適性策略，推動鈣鈦礦光伏技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
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