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、王芳芳研究團隊設(shè)計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，進而獲得光電轉(zhuǎn)換效率達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，已成為新型光伏領(lǐng)域最強有力的競爭者。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)光照下會發(fā)生相偏析，揮發(fā)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，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。
針對上述問題，研究團隊設(shè)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(jié)晶，誘導(dǎo)鈣鈦礦薄膜形成更加有序的結(jié)晶，進而獲得高效、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到了24.10%的光電轉(zhuǎn)化效率。”研究團隊成員李慕白介紹說，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。
研究團隊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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