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【新思路】钙钛矿型太阳能电池离实用化又近了一步

导读: 众所周知,太阳能是目前最为清洁的可持续能源之一,逐渐成为替代石油燃料的重要能源。具有优异的光学和电子特性的有机金属卤化物钙钛矿,在众多太阳能电池材料中脱颖而出,受到了科学家们的广泛关注。

  虽然钙钛矿型太阳能电池被寄予厚望成为新一代更加实用的太阳能电池,但是它有一个很大的软肋——怕水,在潮湿环境下性能很差。最近,韩国浦项科技大学研究团队的研究成果为解决这一问题开辟了新的思路,使钙钛矿的实用化又近了一步。

  众所周知,太阳能是目前最为清洁的可持续能源之一,逐渐成为替代石油燃料的重要能源。具有优异的光学和电子特性的有机金属卤化物钙钛矿,在众多太阳能电池材料中脱颖而出,受到了科学家们的广泛关注。目前,钙钛矿太阳能电池已经将光电转换效率(PCE)从2009年的3%提高到了现在的22%。虽然钙钛矿被视为极具潜力的下一代太阳能电池材料,但是,它存在一个严重的短板需要克服:钙钛矿材料怕水,其稳定性和性能会在潮湿的环境下迅速降低。

  最近,韩国浦项科技大学(POSTECH)的Taiho Park研究团队研发出一种新方法,不仅可以进一步提高钙钛矿太阳能电池的光电转换效率,还能提高它在潮湿环境下的稳定性。Park和他的学生Guan-Woo Kim、Gyeongho Kang共同设计了一种疏水的导电聚合物材料,无需添加剂就能获得很高的空穴迁移率,很容易吸收空气中的水分。近日,他们在Energy & Environmental Science杂志中发表了一篇文章报道该研究成果。

  通常,钙钛矿太阳能电池包括一个透明电极,导电层,钙钛矿,空穴传输层和一个金属电极。空穴传输层的作用很关键,因为它不仅需要将空穴传输给电极,还需要防止钙钛矿接触到空气。Spiro-MeOTAD是常用的空穴传输层材料,由于其本身的空穴迁移率不高,需要添加剂才能使用。然而,常用的添加剂之一——双(三氟甲烷)磺酸亚胺锂(LiTFSI),会吸收空气中的水分。另外,Spiro-MeOTAD会形成一个弱亲水层,很容易吸收水分,因此不能起到隔绝湿度的作用。

  Park的研究团队将主要精力集中于研发无添加剂(无掺杂)的聚合物型空穴传输层。研究人员通过结合苯并二噻吩(BDT)和苯并噻二唑(BT)的方法,设计并合成了一种疏水的导电聚合物材料。由于这种新型聚合物具有正面取向,提高了空穴的垂直电荷传输,从而实现了无添加剂下的高空穴迁移率。

  Park和他的同事们指出,具有这种新型聚合物的钙钛矿太阳能电池具有高达17。3%的光电转换率,其稳定性也大大提高了——在湿度75%的环境下工作1400多小时(近2个月),仍能一直保持高的光电转换效率。

  浦项科技大学化学工程学院的Taiho Park教授说:“我们相信这一研究成果,能够进一步推进钙钛矿材料的应用,加速钙钛矿太阳能电池的商用化进程。”

 

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