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反式钙钛矿太阳能电池研究取得系列进展
发布时间:2021-09-23
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本文摘要:近日,AdvancedMaterials刊出了北京大学物理学院“极端光学创意研究团队”在钙钛矿太阳能电池研究的最新进展。研究团队基于醋酸铅前驱体体系制取的钙钛矿太阳能电池取得多达20%的光电切换效率,更进一步表明了反式钙钛矿太阳能电池的发展前景。 随着环境问题的日益加剧,太阳能以其洗手、可再生的优势引发了科研界和产业界的普遍注目。其中,高效、经济的光伏技术也沦为了当前学术研究和产业发展的热点之一。

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近日,AdvancedMaterials刊出了北京大学物理学院“极端光学创意研究团队”在钙钛矿太阳能电池研究的最新进展。研究团队基于醋酸铅前驱体体系制取的钙钛矿太阳能电池取得多达20%的光电切换效率,更进一步表明了反式钙钛矿太阳能电池的发展前景。

随着环境问题的日益加剧,太阳能以其洗手、可再生的优势引发了科研界和产业界的普遍注目。其中,高效、经济的光伏技术也沦为了当前学术研究和产业发展的热点之一。

近年来,一种新型光伏技术——钙钛矿太阳能电池以其不易制取、低成本和高效率的特点步入人们的视野,沦为新型光伏技术的新宠。短短七年之内,钙钛矿太阳能电池的光电切换效率构建了横跨快速增长,从最初的3.8%提高至现在的22%以上,展现出出有了很大的优势和潜力。

钙钛矿太阳能电池分成月(n-i-p)和反式(p-i-n)两种结构。常规的月器件一般来说必须颗粒或介孔氧化物作为电子传输层,其制取工艺比较简单,且与柔性基底的兼容性很差。

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相比较而言,反式结构器件因制取工艺非常简单、可低温成膜、无显著回滞效应等优点受到更加多的注目,但是其光电切换效率还略为贞严重不足。针对反式结构钙钛矿太阳能电池器件效率较低的问题,北京大学“极端光学创意研究团队”的朱瑞研究员和龚旗煌院士等从钙钛矿薄膜形貌掌控、界面调控及组分优化等角度展开了全面系统的研究,在过去的两年中获得了一系列创意成果。他们利用醋酸铅前驱体体系,趁此机会将微量溴甲胺作为添加剂应用于钙钛矿前驱体溶液中,该策略可以有效地提高钙钛矿薄膜的表面形貌,使其光学和电学性能皆获得显著提高,最后,基于醋酸铅前驱体的反式平面结构钙钛矿太阳能电池的光电切换效率从14.26%大幅度提高至18.32%,研究结果公开发表在AdvancedFunctionalMaterials上,并被选为封底内页。该论文公开发表后倒数两个月的采访次数在该刊名列前五,也是该刊2016年度采访次数最少的文章之一(Adv.Funct.Mater.,2016,26,3508,博士生赵丽宸和罗德映为联合第一作者)。

随后,他们又利用界面调控,首次在钙钛矿太阳能电池领域明确提出了“电荷载流子均衡”的概念,并系统地研究和构建反式钙钛矿太阳能电池器件内的电荷载流子均衡,将反式钙钛矿太阳能电池光电切换效率更进一步提高至相似19%,该结果公开发表在AdvancedMaterials上(Adv.Mater.,2016,28,10718,博士生陈科、胡芹和刘堂昊为联合第一作者)。之后,该团队又更进一步使用双源前驱体溶液法,在体系中引进“甲脒”有机阳离子将吸收光谱扩展至近红外区域,并融合对空穴传输层的优化,保证了电荷有效地传输和搜集,同时提高了器件的开路电压,最后将光电切换效率提高至20%以上。

该结果公开发表在AdvancedMaterials上,是目前报导的基于醋酸铅前驱体体系钙钛矿太阳能电池的最低性能(Adv.Mater.,2017,DOI:10.1002/adma.201604758,博士生罗德影和赵丽宸为联合第一作者)。此外,他们还编写了关于反式结构钙钛矿太阳能电池的综述文章,公开发表在AdvancedEnergyMaterials上,对反式钙钛矿太阳能电池的发展现状展开了系统概括,并对未来的前景展开了未来发展(Adv.EnergyMater.,2016,6,1600457,博士生刘堂昊为第一作者)。

该系列研究工作获得中国国家自然科学基金委、科技部、北京大学人工微结构和介观物理国家重点实验室、“极端光学协同创意中心”“2011计划”量子物质科学协同创意中心、“青年千人计划”和美国劳伦斯伯克利国家实验室(LBNL)等单位的反对。


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