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如何提高钙钛矿太阳能电池的稳定性?

导读: 有机/无机杂化的钙钛矿电池具有成本低、低温柔性及易于大面积印刷等优点,受到人们的广泛关注。过去十年,钙钛矿电池的研究迅猛发展,其光电转换效率已从初始的2.2%迅速提高到22.1%,接近硅太阳能电池水平。

有机/无机杂化的钙钛矿电池具有成本低、低温柔性及易于大面积印刷等优点,受到人们的广泛关注。过去十年,钙钛矿电池的研究迅猛发展,其光电转换效率已从初始的2.2%迅速提高到22.1%(图1上),接近硅太阳能电池水平。大面积电池也发展迅速(图2)。因此钙钛矿太阳能电池具有巨大的发展前景。

影响钙钛矿电池商业应用的主要原因是其电池的稳定性,目前钙钛矿电池仅能在使役条件下工作数月(图1下),而传统的硅电池能够工作超过25年。因此,如何提高钙钛矿电池的稳定性是目前这一领域最为重要的问题,各国科学家竞相在这方面开展工作。应《自然》(Nature)杂志的邀请,加州大学洛杉矶分校教授Yang Yang与中国科学院半导体研究所研究员游经碧近期撰写了题为Make perovskite solar cells stable 的评论文章(Yang Yang, Jingbi You, Nature, 544, 155-156 (2017))。

针对目前的研究进展,他们概括出了五种改善钙钛矿太阳电池稳定性的手段:

1) 调控钙钛矿材料的晶体结构,通过少量掺杂提高钙钛矿材料的相稳定性;

2)降低钙钛矿晶体缺陷,减少外界环境的渗透通道;

3)设计新的稳定的钙钛矿材料;

4)采用稳定的无机电荷传输层;

5)改善封装工艺等。同时,他们呼吁投入更多的经费和人力参与提高稳定性的工作中来;

理论物理学家、材料化学家以及器件工程师应紧密合作,开发与研制出新的稳定的钙钛矿基太阳能材料及器件。此外,研究者们在报道器件稳定性时必须采用统一的稳定性测试标准。只有这样,才能加快钙钛矿电池商业化进程,为人们所用。

如何提高钙钛矿太阳能电池的稳定性?

图1. (上) 过去十年钙钛矿电池发展效率的趋势图,(下) 钙钛矿电池稳定性发展图。

如何提高钙钛矿太阳能电池的稳定性?

图2. 大面积钙钛矿太阳能电池

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