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南工大制備穩(wěn)定高效鈣鈦礦電池
  發(fā)布日期:2023-03-15

近日,中國科學(xué)院黃維院士帶領(lǐng)南京工業(yè)大學(xué)秦天石、王芳芳研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)合成了一種新型添加劑,可以誘導(dǎo)鈣鈦礦薄膜形成更加有序的結(jié)晶,進(jìn)而獲得光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)24.1%的鈣鈦礦太陽能電池。

鈣鈦礦型太陽能電池具有制備工藝簡單、能量轉(zhuǎn)化效率高等特點(diǎn),已成為新型光伏領(lǐng)域最強(qiáng)有力的競爭者。但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。

據(jù)悉,在鈣鈦礦中加入混合離子可以有效抑制光活性黑相轉(zhuǎn)變成非鈣鈦礦黃相或者降解為碘化鉛,但這些離子會(huì)影響相應(yīng)器件的穩(wěn)定性。研究表明,混合離子鈣鈦礦在連續(xù)光照下會(huì)發(fā)生相偏析,揮發(fā)性陽離子成分會(huì)引起鈣鈦礦薄膜中的針孔和殘留碘化鉛的形成,影響在高溫或潮濕條件下的器件性能。

“通過多種原位表征技術(shù),我們對(duì)鈣鈦礦薄膜在旋涂和退火過程中的中間相、成核和結(jié)晶過程進(jìn)行監(jiān)測和深入研究,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。”王芳芳介紹說。

針對(duì)上述問題,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)而獲得高效、穩(wěn)定的鈣鈦礦太陽能電池器件性能。

“我們使用新型添加劑材料制備的鈣鈦礦太陽能電池達(dá)到了24.10%的光電轉(zhuǎn)化效率。”研究團(tuán)隊(duì)成員李慕白介紹說,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,將其放到水中浸泡5分鐘以上也不分解,提高了鈣鈦礦太陽能電池的穩(wěn)定性。

研究團(tuán)隊(duì)一直致力于新型光電材料的開發(fā)、鈣鈦礦基礎(chǔ)科學(xué)的探索和高效鈣鈦礦太陽能電池的制備領(lǐng)域。此項(xiàng)研究成果再次在高效、穩(wěn)定的鈣鈦礦太陽能電池領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破,為高效利用新能源資源拓展了新途徑。

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