在保證轉(zhuǎn)換效率的基礎(chǔ)上極大地提高電池壽命,是鈣鈦礦太陽能電池研究者的目標(biāo)。日前,北京大學(xué)工學(xué)院材料科學(xué)與工程系周歡萍課題組和化學(xué)與分子工程學(xué)院嚴(yán)純?nèi)A院士課題組的合作成果“利用Eu3+/Eu2+氧化還原離子對(duì)提高鉛碘鈣鈦礦太陽能電池工作壽命”,在線發(fā)表于國際期刊《科學(xué)》主刊。
器件壽命(即穩(wěn)定性)和光電轉(zhuǎn)換效率是決定太陽能電池最終發(fā)電成本的兩個(gè)關(guān)鍵因素。全球普遍使用的晶體硅太陽能電池,效率已接近理論上限,成本難再下降。因此,兼顧成本和效率優(yōu)勢(shì)的鈣鈦礦太陽能電池成為該領(lǐng)域最大研究熱門。
鈣鈦礦太陽能電池,采用具有鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的有機(jī)無機(jī)雜化的金屬鹵化物作為吸光層,自2009年以來,因制備方式簡單、生產(chǎn)成本低廉和光電性能優(yōu)異而備受關(guān)注,光電轉(zhuǎn)換效率由3.8%迅速升至23.7%,成為當(dāng)前發(fā)展最快的光伏技術(shù)。然而,對(duì)于鈣鈦礦電池而言,其穩(wěn)定性是最難解決的問題,且目前我國對(duì)鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)化急需解決的成本、工藝、壽命等方面關(guān)注較少。
該研究針對(duì)鈣鈦礦材料在光照及熱輻射作用下的不穩(wěn)定性問題,提出了一種全新的機(jī)制,即在鈣鈦礦活性層中引入Eu3+/Eu2+的氧化還原離子對(duì)。該離子對(duì)可同時(shí)消除Pb0和I0缺陷,并在器件使用壽命期內(nèi)循環(huán)發(fā)揮作用?;诖耍姵爻跏夹实玫教嵘?,特別是其長期穩(wěn)定性顯著提升,解決了鉛鹵鈣鈦礦電池中限制其穩(wěn)定性的一個(gè)重要本質(zhì)性問題,將有力推進(jìn)實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦太陽能電池的工業(yè)化生產(chǎn)。
據(jù)介紹,該突破還可推廣至其他鈣鈦礦光電器件,對(duì)其他面臨類似問題的無機(jī)半導(dǎo)體器件,也具有重要參考意義。
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