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鈣鈦礦太陽(yáng)能電池穩(wěn)定性再獲突破 昆明理工大學(xué)帶來(lái)全新成果
2025年06月17日 17:23:32 來(lái)源：化工儀器網(wǎng) 點(diǎn)擊量：4755

，昆明理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院陳江照教授和何冬梅教授團(tuán)隊(duì)在高性能鈣鈦礦太陽(yáng)能電池領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，成功在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池穩(wěn)定性上取得重要突破。

　　鈣鈦礦疊層太陽(yáng)電池是一種利用鈣鈦礦型的有機(jī)金屬鹵化物半導(dǎo)體作為吸光材料，并通過(guò)疊層結(jié)構(gòu)來(lái)提高光電轉(zhuǎn)換效率的太陽(yáng)能電池。作為太能能電池家族中重要的一員，鈣鈦礦疊層太陽(yáng)電池具有成本低、應(yīng)用范圍廣、環(huán)境友好等優(yōu)勢(shì)，因此被寄予厚望。但與此同時(shí)，此類(lèi)電池的穩(wěn)定性依舊存在缺陷，解決電池的穩(wěn)定性難題，提升電池光電轉(zhuǎn)換效率自然而然的成為了該領(lǐng)域目前的發(fā)展方向。近日，昆明理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院陳江照教授和何冬梅教授團(tuán)隊(duì)在高性能鈣鈦礦太陽(yáng)能電池領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，成功在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池穩(wěn)定性上取得重要突破。
 
　　一直以來(lái)，發(fā)展鈣鈦礦電池都是我國(guó)能源產(chǎn)業(yè)的一個(gè)重點(diǎn)發(fā)展方向，并且得益于我國(guó)科研技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，在該領(lǐng)域連續(xù)獲得了突破。2024年年初，南京大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)就曾經(jīng)在全鈣鈦礦光伏組件上取得新突破，成功研制出了穩(wěn)態(tài)光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)24.5%的大面積全鈣鈦礦光伏組件，為后續(xù)此類(lèi)組件產(chǎn)業(yè)化發(fā)展打下技術(shù)基礎(chǔ)。
 
　　同年7月，西湖大學(xué)團(tuán)隊(duì)聯(lián)合浙江大學(xué)團(tuán)隊(duì)針對(duì)倒置鈣鈦礦電池，成功開(kāi)發(fā)出了Py3分子，該技術(shù)有望將電池使用壽命延長(zhǎng)近兩倍，同時(shí)提升其光電轉(zhuǎn)化效率至26.1%，成功為倒置鈣鈦礦電池的進(jìn)一步發(fā)展提供了技術(shù)基礎(chǔ)。
 
　　與此同時(shí)，南京航空航天大學(xué)也在同一個(gè)月收獲重要成果，研究出了基于氣相的處理方法——氣相氟蒸汽處理方法，成功制備出光電轉(zhuǎn)化效率超過(guò)18%、超過(guò)200平方厘米的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，探索出了制備大面積長(zhǎng)效穩(wěn)定電池的可能性。
 
　　今年2月，浙江白馬湖實(shí)驗(yàn)室在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池領(lǐng)域在獲突破，與蘇州大學(xué)聯(lián)合團(tuán)隊(duì)研發(fā)的小面積單結(jié)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，穩(wěn)態(tài)效率達(dá)到26.81%，刷新了當(dāng)時(shí)的世界紀(jì)錄。
 
　　而目前，這種新型太陽(yáng)能電池的認(rèn)證光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)可以達(dá)到27%，僅從這點(diǎn)看，足夠與單晶硅電池相媲美，但是在工作穩(wěn)定性，依舊存在缺陷。針對(duì)這一問(wèn)題，昆明理工大學(xué)團(tuán)隊(duì)提出了一種新的思路。
 
　　據(jù)悉，該團(tuán)隊(duì)鑒于鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的長(zhǎng)期穩(wěn)定性受制約是由于電池中有機(jī)空穴傳輸層的鋰離子和鹵素離子的遷移和擴(kuò)散以及磷酸三丁酯的揮發(fā)，因此采用l -谷氨酸二芐基酯- 4甲苯磺酸鹽同時(shí)調(diào)控有機(jī)空穴傳輸層和埋底界面，通過(guò)固定鋰離子、磷酸三丁酯和鹵素離子及鈍化雙界面缺陷，穩(wěn)定有機(jī)空穴傳輸層，減少界面能損失。l -谷氨酸二芐基酯- 4甲苯磺酸鹽通過(guò)苯磺酸陰離子與鋰離子的離子鍵相互作用抑制了其擴(kuò)散，而銨離子與磷酸三丁酯形成氫鍵可以抑制磷酸三丁酯的揮發(fā)。此外，通過(guò)鈍化未配位鉛離子和鹵素空位缺陷，能夠有效抑制鹵素離子遷移和界面陷阱誘導(dǎo)的非輻射復(fù)合。協(xié)同優(yōu)化的器件實(shí)現(xiàn)了25.06%的冠軍功率轉(zhuǎn)換效率(認(rèn)證PCE為24.08%)。
 
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，目標(biāo)器件分別在35-45%相對(duì)濕度條件下老化3000小時(shí)，65℃熱老化2000小時(shí)，一個(gè)太陽(yáng)模擬光連續(xù)照射1200小時(shí)后，依舊能保持原始效率的95.02%、91.21%和80.23%。
 
　　盡管目前該成果還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化，但是是解決鈣鈦礦光伏器件和其他鈣鈦礦基光電器件不穩(wěn)定問(wèn)題的一個(gè)行之有效的方法。目前，相關(guān)內(nèi)容已經(jīng)刊登于國(guó)際材料學(xué)期刊《先進(jìn)材料》上，并有望為鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中離子遷移的抑制提供了一種普適性策略，推動(dòng)鈣鈦礦光伏技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
 
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