中國(guó)粉體網(wǎng)訊 近日,，華東師范大學(xué)教授方俊鋒團(tuán)隊(duì)與中科院寧波材料技術(shù)與工程研究所副研究員李曉冬合作,，在《科學(xué)》雜志發(fā)表論文，介紹了他們?cè)诜葱外}鈦礦太陽(yáng)能電池研究方面的最新成果,。
“（該研究）創(chuàng)造了新的反型鈣鈦礦電池效率世界紀(jì)錄，轉(zhuǎn)化效率首次實(shí)現(xiàn)大于24%,�,！薄犊茖W(xué)》雜志審稿人評(píng)價(jià)說(shuō)。
另一位審稿人則認(rèn)為,，該研究突破了反型器件效率低這一長(zhǎng)期困擾鈣鈦礦電池發(fā)展的瓶頸,，為鈣鈦礦電池研究開(kāi)辟了新的思路與方向。
有望實(shí)現(xiàn)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)發(fā)展受到世界各國(guó)的廣泛重視,。鈣鈦礦太陽(yáng)能電池成本低、效率高,，被認(rèn)為是最有希望實(shí)現(xiàn)低成本發(fā)電的新型光伏技術(shù)之一,。
鈣鈦礦太陽(yáng)能電池是利用鈣鈦礦型“有機(jī)—金屬鹵化物雜化”半導(dǎo)體作為吸光材料的太陽(yáng)能電池，屬于第三代太陽(yáng)能電池,，也被稱(chēng)為新概念太陽(yáng)能電池,。
“鈣鈦礦電池分為正型N-I-P電池和反型P-I-N電池。相對(duì)正型,，反型鈣鈦礦電池有其自身優(yōu)勢(shì),，可低溫制備、工藝簡(jiǎn)單,、穩(wěn)定性好,，同時(shí)能與晶硅電池兼容，實(shí)現(xiàn)疊層電池的制備,�,！狈娇′h告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，反型鈣鈦礦/晶硅疊層是鈣鈦礦電池商業(yè)化應(yīng)用的路徑之一。
此外,，反型鈣鈦礦電池?zé)o需使用具有光催化活性的TiO2以及摻雜的有機(jī)空穴傳輸層,，光照下的輸出穩(wěn)定性更好，因此更具發(fā)展?jié)摿Α?br/>
“盡管反型器件具有諸多優(yōu)勢(shì),，但目前高效率的鈣鈦礦電池基本上都是正型器件,。正型鈣鈦礦電池效率已達(dá)25%，而反型鈣鈦礦電池的最高效率仍維持在22%~23%,�,！狈娇′h說(shuō)，“因此,，如何縮小正反型器件效率差距,，實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定反型器件的制備，一直是鈣鈦礦電池研究領(lǐng)域的焦點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題,�,！�
電池效率創(chuàng)新高
經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)論證，該課題組采用構(gòu)筑表面異質(zhì)結(jié),、提高器件內(nèi)建電場(chǎng)的思路,，首先在鈣鈦礦表面旋涂上吡啶—2—羧酸鉛制備富鉛層，隨后用高反應(yīng)活性的六甲基二硅硫醚進(jìn)行硫化,，原位形成PbS-I層,，實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦表面費(fèi)米能級(jí)的上移和能帶彎曲，從而在鈣鈦礦界面處引入額外背場(chǎng),，構(gòu)建出高效的界面異質(zhì)結(jié),，在抑制界面復(fù)合的同時(shí)，還能顯著提高器件開(kāi)路電壓,。
基于此方法,，研究人員用穩(wěn)定性好的含羧酸基團(tuán)聚噻吩衍生物作為空穴傳輸層，富勒烯衍生物PCBM作為電子傳輸層,，首次將反型鈣鈦礦電池的轉(zhuǎn)化效率提高到24%以上,。
“通過(guò)構(gòu)筑性能優(yōu)異的界面異質(zhì)結(jié)，使鈣鈦礦表面的費(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，是實(shí)現(xiàn)反型電池高效率的主要原因,�,！痹撜撐牡谝蛔髡呃顣远瑢�(duì)《中國(guó)科學(xué)報(bào)》說(shuō)。
實(shí)用化指日可待
除了提高反型鈣鈦礦電池的轉(zhuǎn)化效率,，該研究還實(shí)現(xiàn)了電池穩(wěn)定性的大幅提升,。
“對(duì)于所有太陽(yáng)能電池來(lái)說(shuō)，沒(méi)有穩(wěn)定性就無(wú)法實(shí)際應(yīng)用�,！崩顣远f(shuō),，“對(duì)鈣鈦礦電池來(lái)說(shuō)，穩(wěn)定性格外重要,，這也是目前制約鈣鈦礦電池走向商業(yè)化的瓶頸,。”
研究人員發(fā)現(xiàn),，Pb-S鍵強(qiáng)度遠(yuǎn)高于鈣鈦礦中的Pb-I鍵,，可以有效抑制老化過(guò)程中鈣鈦礦的衰減，同時(shí)Pb-S鍵與鈣鈦礦的晶格參數(shù)接近,，能夠進(jìn)一步穩(wěn)定鈣鈦礦的晶體結(jié)構(gòu),，從而實(shí)現(xiàn)電池穩(wěn)定性的大幅提升。
實(shí)驗(yàn)表明,，利用Pb-S鍵，電池經(jīng)過(guò)2200小時(shí)的高溫（85℃）加速老化測(cè)試,，其效率仍可以保持在初始值的91.8%,。光照下（55℃±5℃），經(jīng)過(guò)1000小時(shí)的連續(xù)最大功率輸出加速老化測(cè)試,，效率也能穩(wěn)定在初始值的90%以上,。
“這為反型鈣鈦礦電池研究提供了一個(gè)新的思路與方向�,！狈娇′h說(shuō),，“通過(guò)合理優(yōu)化設(shè)計(jì)，反型鈣鈦礦電池完全可以實(shí)現(xiàn)兼具高效率和高穩(wěn)定性,�,！�
業(yè)界認(rèn)為，鈣鈦礦電池作為當(dāng)前最具潛力的新型光伏技術(shù),，在國(guó)家宏觀政策,、產(chǎn)業(yè)界的支持以及科研人員的配合下，極有希望走向大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用,。
“未來(lái)將繼續(xù)圍繞高效穩(wěn)定的反型鈣鈦礦電池展開(kāi)深入研究,，探索構(gòu)建高效界面異質(zhì)結(jié)的新方案，進(jìn)一步提升器件效率和穩(wěn)定性,�,！闭劶斑@項(xiàng)研究的應(yīng)用前景，方俊鋒說(shuō),，“我們也會(huì)開(kāi)展一些大面積鈣鈦礦電池模組研究,，推動(dòng)鈣鈦礦電池走向?qū)嵱没！?br/>
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/平安）
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