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【盘点】2017年钙钛矿太阳能电池十大研究进展

澳门新葡京娱乐场开户 www.aeslightusa.com 导读: 目前,钙钛矿太阳能电池离商业化大规模发展仍然存在不小的距离,而全球的科研团队正日以继日的推动钙钛矿太阳能电池的发展,让我们一起来看看,在过去的一年,钙钛矿太阳能电池都取得了哪些研究进展。

4、上海交大团队研发出高效率钙钛矿太阳能电池模块

国际著名学术期刊《Nature》在线发表了上海交通大学韩礼元教授团队的研究成果。该团队使用更加经济安全的新方法制备出比蝉翼还薄数十倍的大面积钙钛矿薄膜,向实现大规模低成本太阳能发电的目标迈出了重要一步。

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钙钛矿澳门新葡京娱乐场开户电池材料结构十分脆弱,因此其薄膜面积很难做大,这已经成了世界级难题。之前,科学家一直尝试用“真空蒸镀法”和“溶液法”来制作钙钛矿薄膜,超过20%认证效率的钙钛矿太阳能电池面积顶多像个米粒那么大。韩礼元教授团队研制出的钙钛矿薄膜,比蝉翼还要薄上几十倍,只有1微米,面积达到400平方厘米。

据了解,韩礼元教授团队引进甲铵气体,利用化学反应和创新的制备技术,制备出有效面积达36.1平方厘米的模块,在国际机构首次获得12.1%的认证效率,创下了第一个大面积钙钛矿模块的效率世界纪录。

上海交通大学材料科学与工程学院金属复合材料国家重点实验室韩礼元教授预计未来大面积钙钛矿模块的效率将做到16%、18%,下一步将尽快想办法把效率提高,然后将面积再做大。韩礼元教授表示,成本上来看,大面积钙钛矿模块转化率达到15%以上,其成本就可以比硅电池便宜一半以上。

5、有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池研究获进展

虽然有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池的光电转化效率已提升到22.1%,但是还是存在稳定性、迟滞效应及大面积制备等问题。目前广泛报道的快速退火方法制备的钙钛矿太阳能电池器件的J-V曲线表现出明显的迟滞效应。

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中国科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心熊奕敏课题组副研究员曹亮与中科院上海应用物理研究所高兴宇课题组、苏州大学孙宝全课题组合作,发现提高有机-无机杂化钙钛矿薄膜结晶相纯度尤其是表面结晶相纯度,能有效消除钙钛矿太阳能电池器件迟滞效应和提升器件性能,并且器件迟滞效应的消除并不依赖于器件结构。此项研究揭示了钙钛矿结晶相纯度尤其是表面结晶相纯度对器件J-V迟滞效应有重要影响。

据了解,研究人员利用上海光源的掠入射X射线衍射(GIXRD)对制备的CH3NH3PbI3-xClx薄膜进行了系统表征。通过改变X射线的探测深度发现钙钛薄膜结晶相不纯,尤其是薄膜表面存在明显的多相结构。

为了明确有机-无机杂化钙钛矿薄膜结晶相纯度,尤其是表面相纯度对器件迟滞效应和性能的影响,研究人员通过优化后处理条件提高了的CH3NH3PbI3-xClx薄膜的结晶相纯度,消除了薄膜表面的多相结构。基于此类薄膜的器件未表现明显迟滞效应,且光电转换性能得到进一步提升。

值得说明的是,器件迟滞效应的消除并不依赖于器件结构,即正式N-i-P结构或反式P-i-N结构,揭示了钙钛矿结晶相纯度尤其是表面结晶对器件J-V迟滞效应和性能有主要影响。结合XPS和SEM结果,充分说明有机-无机杂化钙钛矿薄膜表面结晶相纯度影响表面或者晶界处低配位的Pb和I离子。这些离子作为电荷陷阱,导致迟滞效应及低光电转化效率。因此,提高钙钛矿薄膜的结晶性、尤其是表面的结晶相纯度,有利于开发高性能无迟滞有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池。

6、瑞士新技术显著提高钙钛矿太阳能电池实用性

目前,钙钛矿太阳能电池商业化的一个限制在于,材料在阳光下容易性能衰减。瑞士科学家将钙钛矿太阳能电池的转化效率提高到了20%并使其更耐用,有望推动钙钛矿太阳能电池更快投入商业应用。

【盘点】2017年钙钛矿太阳能电池十大研究进展

钙钛矿太阳能电池在接收太阳光之后,会产生电子和电子空穴,此时就需要一种高效的媒介把它们传输到电极上。目前的媒介材料造价高且不稳定,所以寻找性能稳定和低廉的媒介材料就成了关键。

瑞士洛桑联邦理工学院研究发现,硫氰酸亚铜可作为一种廉价、稳定的媒介材料。钙钛矿太阳能电池如果涂覆上60纳米厚的硫氰酸亚铜涂层,在60摄氏度高温下暴晒长达1000小时的加速老化试验中,性能损耗小于5%。

这一成果发表在新一期美国《科学》杂志上。

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