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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。

7、北大研究团队在钙钛矿新葡京官网的生长机理原位研究方面取得新进展

钙钛矿太阳能电池分为正式(n-i-p)和反式(p-i-n)两种结构。常规的正式器件制备工艺相对复杂,且与柔性基底的兼容性不好。相比较而言,反式结构器件因制备工艺简单、可低温成膜、无明显回滞效应等优点受到越来越多的关注,但是其光电转换效率还稍显不足。

【盘点】2017年钙钛矿太阳能电池十大研究进展

为解决反式结构钙钛矿澳门新葡京娱乐场开户电池器件效率较低的问题,北京大学“极端光学创新研究团队”的朱瑞研究员和龚旗煌院士等从钙钛矿薄膜形貌控制、界面调控及组分优化等角度进行了全面系统的研究,取得了一系列创新成果。

他们利用醋酸铅前驱体体系,先是将微量溴甲胺作为添加剂应用于钙钛矿前驱体溶液中,该策略可以有效改善钙钛矿薄膜的表面形貌,使其光学和电学性能均得到明显提升。最终,基于醋酸铅前驱体的反式平面结构钙钛矿太阳能电池的光电转换效率从14.26%大幅度提高至18.32%。

随后,他们又借助界面调控,首次在钙钛矿太阳能电池领域提出了“电荷载流子平衡”的概念,并系统地研究和实现反式钙钛矿太阳能电池器件内的电荷载流子平衡,将反式钙钛矿太阳能电池光电转换效率进一步提升至接近19%。

之后,该团队又进一步采用双源前驱体溶液法,在体系中引入“甲脒”有机阳离子将吸收光谱拓展至近红外区域,并结合对空穴传输层的优化,确保了电荷有效传输和收集,同时提升了器件的开路电压,最终将光电转换效率提升至20%以上。

该系列研究工作得到中国国家自然科学基金委、科技部、北京大学人工微结构和介观物理国家重点实验室、“极端光学协同创新中心”“2011计划”量子物质科学协同创新中心、“青年千人计划”和美国劳伦斯伯克利国家实验室(LBNL)等单位的支持。

8、西安交大在非铅钙钛矿太阳能电池研究中取得重要进展

基于甲基铵铅碘钙钛矿太阳能电池虽然是国际上科研以及产业领域关注的热点,但是有铅的毒性和对环境的损害成为制约其发展的因素之一,因而发展非铅钙钛矿太阳能电池意义重大。对于非铅钙钛矿薄膜(锡基钙钛矿等)而言,其结晶特性、薄膜形态与缺陷等更难控制,而这些缺陷是导致其性能破坏的重要因素,因此高质量、低缺陷非铅钙钛矿(锡基)薄膜的制备技术是突破其发展的关键。

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针对非铅钙钛矿电池的技术难点,西安交大电信学院吴朝新教授率领团队系统地开展了新型高质量钙钛矿薄膜制备技术、动力学过程及其高性能非铅钙钛矿太阳能电池的研究,在国际上率先发展了“蒸镀-旋涂”的钙钛矿薄膜制备技术,并基于这种“蒸镀-旋涂/浸泡”薄膜制备技术,成功地解决了锡基钙钛矿成膜的瓶颈,实现高质量低缺陷的锡基钙钛矿薄膜,国际上首次报道室温制备甲眯锡碘钙钛矿太阳能电池其柔性器件光转换效率3.98%。该研究成果在国际顶尖期刊AdvancedMaterials(IF18.96)发表。

9、我国钙钛矿光伏组件制备技术取得突破

目前钙钛矿太阳电池的各项研究都处于快速发展的阶段,但是若要实现商业化发展,钙钛矿电池就必须从电池做到组件,并具备优异的性能。2017年,武汉理工大学程一兵专家团队在两项钙钛矿太阳能电池组件制备技术方面取得突破,达到国际上同类产品的最高光电转换效率。

在5cmx5cm塑料基板柔性钙钛矿太阳能电池组件的研制中,程一兵团队研制出光电转换效率11.4%的钙钛矿电池组件,超越日本东芝公司5cmx5cm柔性钙钛矿太阳能电池组件10.5%的光电转换效率。

程一兵团队在10cmx10cm玻璃基板钙钛矿太阳能电池组件制备技术也取得突破,经国家澳门新葡京娱乐场开户质量监督检验中心验证,其相关组件光电转换效率为13.98%,在国际上经过验证的同类产品中位居效率首位。

据了解,程一兵团队依托武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室,2015年以来致力于钙钛矿太阳能电池组件制备技术的研发。这两项突破表明我国科研人员在钙钛矿光伏组件制备技术上走在了世界前列。

10、“印刷术”突破柔性钙钛矿太阳能电池难题

中科院化学所绿色印刷重点实验室研究人员利用“印刷术”突破了柔性钙钛矿太阳能电池难题,有望为柔性可穿戴电子设备提供可靠电源。这一成果在国际学术期刊《先进材料》(Adv.Mater.)上刊发。

钙钛矿材料其本身薄,基材厚度在一毫米以内,极具在人体上穿戴的可能;但材质脆,不耐弯折。研究人员通过纳米组装-印刷方式制备出“蜂巢状纳米支架”可作为力学缓冲层,实现了柔性钙钛矿太阳能电池更高的力学稳定性。同时,研究人员在器件内部搭起光学谐振腔,实现了50平方厘米面积上12.32%的光电转化率,在高效率电池在大面积可重复性上取得重大突破。

这项研究通过纳米组装-印刷方式制备了钙钛矿的蜂巢状纳米支架,并在其内部搭建起“光学谐振腔”,这两项创新同时提高了柔性钙钛矿太阳能电池力学稳定性和光电转化率。

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