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南京工业大学团队破解钙钛矿世界难题:无惧室温高湿制成稳定薄膜电池

olivia chan

26日,南京工业大学先进材料研究院黄维院士和陈永华教授团队在《科学》期刊上发布论文,研发出了在室温和高湿度下稳定制备黑相甲酸钙钛矿薄膜的策略。

金属卤化物钙钛矿作为一种人工合成材料,在2009年首次被尝试应用于光伏发电领域后,由于其性能优异、成本低廉,从此大放异彩。2020年,光是国际两大顶刊《科学》和《自然》上就接收了17篇关于钙钛矿的论文,热度非常。全球顶尖的高校和科研机构都投入了大量的人力物力进行研发,争取实现基于金属卤化物钙钛矿材料的太阳能电池(PSC)的早日量产。到目前为止,钙钛矿电池的功率转换效率(PCE)可达20%以上。

卤化铅钙钛矿太阳能电池的高功率转换效率(PCE)归功于其高载流子迁移率和扩散长度以及活性层材料的可调节带隙。虽然已经开发出了创建光活性黑色过氧化物相的福尔马林碘化铅(α-FAPbI3)的方法,但这些方法对温度和湿度及其敏感,不太适合大规模太阳能电池生产。

然而材料受湿度和温度的影响非常大,很容易在室温下降解,影响电池稳定性。虽然已经开发出了创建光活性黑色过氧化物相的福尔马林碘化铅(α-FAPbI3)的方法,但这些路线对温度和湿度敏感,不太适合大规模太阳能电池生产。

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日前,针对这一世界性科学难题,南京工业大学先进材料研究院黄维院士和陈永华教授团队另辟蹊径,从离子液体甲胺甲酸甲酯(MAFa)中生长出垂直排列的碘化铅薄膜。

薄膜中的纳米级通道降低了碘化甲胺的渗透障碍,即使在高湿度(20%至90%)和室温(25℃至100℃)下也能快速、稳健地转化为α-FAPbI3。用这些薄膜制成的太阳能电池的功率转换效率高达24.1%,表现出很高的稳定性:在85℃和连续光照压力下,未封装的电池在500小时内分别保持80%和90%的初始效率。

研究提出的新方法破解了长期制约钙钛矿太阳能电池大规模生产的一大世界性难题,有望帮助全面释放钙钛矿的光伏潜能。

论文链接:

https://doi.org/10.1126/science.abf7652


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