中國科學院寧波材料所提升鈣鈦礦太陽能電池穩定性
發布時間：2024-12-31 10:10
發布者：eechina
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中國科學院寧波材料技術與工程研究所于12月發布了一篇重要博文，宣布在鈣鈦礦太陽能電池領域取得了突破性進展。通過抑制碘離子遷移，該所的研究團隊顯著提升了鈣鈦礦太陽能電池的穩定性，并實現了超過26%的光電轉換效率。這一成果在高溫高濕環境下也展現出了優異的耐久性。 鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）以其高效率和低成本的優勢，在光伏領域迅速崛起，成為備受關注的研究熱點。然而，穩定性一直是制約其商業化應用的關鍵因素。碘離子（I⁻）的遷移是導致鈣鈦礦太陽能電池不穩定的主要原因。在光照和熱作用下，I⁻會遷移并轉化為I₂，導致電池性能下降。 針對這一問題，寧波材料所葛子義研究員和劉暢研究員團隊展開深入研究，找到了一種有效抑制I⁻遷移的方法。團隊在鈣鈦礦前驅體溶液中引入了一種名為BT2F-2B的化合物。該化合物具有特殊結構，能與I⁻產生強配位作用，有效抑制了I⁻的遷移和轉化，減少了碘空位缺陷。 
(a) 鈣鈦礦吸附 BT2F-2B 后的電子密度分布；(b) 反式鈣鈦礦太陽能電池器件效率；(c) ISOS-L-1 和 (d) ISOS-L-3 協議的鈣鈦礦太陽能電池的運行穩定性 采用這一方法制備的反式單結鈣鈦礦太陽能電池，光電轉換效率（PCE）超過了26%。在85℃高溫和50%相對濕度條件下，經過1000小時的老化測試后，電池仍能保持85%的初始效率。這一成果不僅表明了材料和結構設計的成功，也為鈣鈦礦太陽能電池的工程應用奠定了堅實基礎。 此外，當將BT2F-2B應用于寬帶隙（1.77 eV）鈣鈦礦系統時，全鈣鈦礦串聯太陽能電池的光電轉換效率更是達到了27.8%。這一結果進一步證實了所提出策略的普遍適用性，為未來的能源利用提供了更為廣闊的可能性。 此次研究不僅取得了重要的科學成果，還得到了國家杰出青年科學基金、國家自然科學基金和中國博士后科學基金的支持。相關研究成果以“Universal Approach for Managing Iodine Migration in Inverted Single-Junction and Tandem Perovskite Solar Cells”為題，發表在《先進材料》（Advanced Materials）上。 鈣鈦礦太陽能電池的高效率和低成本使其在光伏行業具有廣闊的應用前景。然而，穩定性問題一直是制約其發展的關鍵因素。寧波材料所此次的突破性進展，為解決鈣鈦礦太陽能電池的穩定性問題提供了新的思路和方法，有望推動其在更廣泛的市場中實現應用。 |
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