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中科院发明可“自愈”的第三代太阳能电池:光电转换效率超25%

关键词:中科院光电转换太阳能电池

时间:2021-12-28 09:40:40      来源:互联网

近期,中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所能源材料与器件制造研究部研究员胡林华课题组与国外科研人员合作,实现了钙钛矿太阳电池自修复,相关成果发表在Journal of Energy Chemistry上。

近期,中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所能源材料与器件制造研究部研究员胡林华课题组与国外科研人员合作,实现了钙钛矿太阳电池自修复,相关成果发表在Journal of Energy Chemistry上。

钙钛矿型太阳能电池,是利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料的太阳能电池,属于第三代太阳能电池,也称作新概念太阳能电池。

近年来,钙钛矿材料因其优异的光电性能,成为光电器件领域中具有应用前景的光电材料之一。

目前钙钛矿太阳电池光电转换效率已达25.5%,但是钙钛矿材料对辐射、湿度等敏感,暴露在大气条件下容易降解,严重影响其使用。

钙钛矿太阳电池在空气环境中工作时,水分是导致其分解的关键因素之一。鉴于此,研究人员将聚乙烯吡咯烷酮引入钙钛矿吸光材料,使得制作的太阳电池具有较强的自修复功能,湿度稳定性得到明显提升。


含有(a)和不含(b)聚乙烯吡咯烷酮的薄膜,显示了水蒸气喷涂60秒后,自修复30秒后的状态变化

聚乙烯吡咯烷酮是一种长链绝缘聚合物,具有高密度的极性羰基,将其引入太阳电池中,可以包裹MAPbI3,形成疏水“屏障”,阻止水分子的入侵。

它还能与甲胺离子(MA )的-NH2基团形成氢键相互作用,抑制甲胺的分解和挥发,从而提高电池“自愈”能力。

钙钛矿薄膜自修复过程示意图

此外,聚乙烯吡咯烷酮能够与碘甲胺形成中间络合物,抑制钙钛矿晶体的成核速度。聚乙烯吡咯烷酮的引入,实现了电池多次自修复,显著提升了电池的工作寿命,并使得钙钛矿薄膜缺陷减少,晶粒增大,提高了电池的光电转化效率。

研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中科院“西部之光”人才培养计划项目以及“欧洲地平线2020”计划项目的支持。

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