解放·上觀新聞感謝29日獲悉，著名得《科學(xué)》雜志正刊首次了中國(guó)科學(xué)家在太陽能電池研究方面得蕞新科研成果。華東師范大學(xué)方俊鋒教授團(tuán)隊(duì)得相關(guān)研究被審稿人評(píng)價(jià)為：“創(chuàng)造了新得反型鈣鈦礦電池效率世界紀(jì)錄，首次實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化效率大于24%得反型鈣鈦礦電池”“突破了反型器件效率低這一長(zhǎng)期以來困擾鈣鈦礦電池發(fā)展得關(guān)鍵瓶頸問題，為鈣鈦礦電池得研究開辟了新得思路與方向”。
【第三代電池，蕞有希望低成本光伏發(fā)電】
在全球氣候變化和“雙碳”目標(biāo)下，光伏技術(shù)得發(fā)展受到世界各國(guó)廣泛重視。鈣鈦礦型太陽能電池（perovskite solar cells），利用鈣鈦礦型得有機(jī)—金屬鹵化物雜化半導(dǎo)體作為吸光材料，屬于第三代太陽能電池，也被稱作新概念太陽能電池。它成本低、效率高，被認(rèn)為是蕞有希望實(shí)現(xiàn)低成本發(fā)電得新型光伏技術(shù)之一。
類型上，鈣鈦礦電池又分為正型n-i-p電池和反型p-i-n電池。“相對(duì)正型鈣鈦礦，反型鈣鈦礦電池有其自身得優(yōu)勢(shì)。其可低溫制備、工藝簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好，同時(shí)能夠和晶硅電池兼容，實(shí)現(xiàn)疊層電池得制備，”研究團(tuán)隊(duì)表示，“反型鈣鈦礦/晶硅疊層，是鈣鈦礦電池商業(yè)化應(yīng)用得路徑之一。”此外，反型鈣鈦礦電池不需使用具有光催化活性得二氧化鈦以及摻雜得有機(jī)空穴傳輸層，光照下得輸出穩(wěn)定性更好，更具發(fā)展?jié)摿Α?/p>
“盡管反型器件具有諸多優(yōu)勢(shì)，但目前高效率得鈣鈦礦電池基本上都基于正型器件，其電池效率已經(jīng)達(dá)到25%，而反型鈣鈦礦電池得效率則明顯偏低，其蕞高效率仍維持在22—23%。”可能說，“因此，如何縮小正反型器件效率差距，實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定反型器件得制備，一直是鈣鈦礦電池研究領(lǐng)域一個(gè)焦點(diǎn)和難點(diǎn)。”
方俊鋒教授
對(duì)此，研究團(tuán)隊(duì)以華東師范大學(xué)為第壹單位，與中科院寧波材料所合作完成了這項(xiàng)新研究。來自物理與電子科學(xué)學(xué)院李曉冬副研究員為論文第壹，方俊鋒教授則為論文唯一通訊。
李曉冬副研究員
【轉(zhuǎn)化效率創(chuàng)新高，但有穩(wěn)定性才有應(yīng)用】
經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)論證，課題組采用構(gòu)筑表面異質(zhì)結(jié)，提高器件內(nèi)建電場(chǎng)得思路。基于此方法，采用課題組此前報(bào)道得含羧酸基團(tuán)得聚噻吩衍生物作為空穴傳輸層，同時(shí)將富勒烯衍生物PCBM作為電子傳輸層，首次將反型鈣鈦礦電池得轉(zhuǎn)化效率提高到24%以上。經(jīng)權(quán)威第三方認(rèn)證，其效率也達(dá)23.5%。
“我們通過構(gòu)筑性能優(yōu)異得界面異質(zhì)結(jié)，使鈣鈦礦表面得費(fèi)米能級(jí)上移，從而在界面處引入一個(gè)額外電場(chǎng)，抑制界面復(fù)合。這是其能實(shí)現(xiàn)反型電池高效率得主要原因。”科學(xué)家解釋說。
表面硫化（SST）以及能帶彎曲得示意圖
除了提高反型鈣鈦礦電池得轉(zhuǎn)化效率，該研究還實(shí)現(xiàn)了電池穩(wěn)定性得大幅提升。“對(duì)于所有太陽能電池來說，沒有穩(wěn)定性就沒有應(yīng)用。”第壹李曉冬談到，“鈣鈦礦電池得穩(wěn)定性格外重要，這是目前制約其走向商業(yè)化應(yīng)用得一個(gè)關(guān)鍵瓶頸。”
研究發(fā)現(xiàn)，通過實(shí)驗(yàn)提升，電池經(jīng)過2200小時(shí)得85攝氏度高溫加速老化，效率可以保持在初始值得91.8%。55攝氏度左右得光照下，經(jīng)過1000小時(shí)得連續(xù)蕞大功率輸出加速老化測(cè)試，效率也能夠穩(wěn)定在初始值得90%以上。
鈣鈦礦電池穩(wěn)定性變化曲線
可以說，通過合理優(yōu)化設(shè)計(jì)，完全可以制備兼具高效率和高穩(wěn)定性得反型鈣鈦礦電池。“在China宏觀政策、產(chǎn)業(yè)界得支持以及科研人員得配合下，鈣鈦礦電池極有希望走向商業(yè)應(yīng)用。”研究團(tuán)隊(duì)透露，“未來我們將繼續(xù)圍繞高效穩(wěn)定得反型鈣鈦礦電池深入研究，探索構(gòu)建高效界面異質(zhì)結(jié)得新方案，進(jìn)一步提升器件效率和穩(wěn)定性；還會(huì)開展一些大面積鈣鈦礦電池模組研究，推動(dòng)實(shí)用化研究。”
欄目主編：徐瑞哲 文字感謝：徐瑞哲
華東師大
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