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    我国科学家在钙钛矿光伏领域取得重要进展

    日期 2017-09-22   来源:数理科学部   作者:倪培根  【 】   【打印】   【关闭

    左图为胺络合物钙钛矿前驱体的结构示意图,右上图为压力辅助法示意图,右下图为电池模块的实物图。

      在国家自然科学基金项目(批准号:11574199,11674219)等的资助下,上海交通大学材料科学与工程学院金属基复合材料国家重点实验室的韩礼元教授团队在Nature期刊上发表题为“A Solvent-and Vacuum-free Route to Large-area Perovskite Films for Efficient Solar Modules”(无溶剂免真空条件下的大面积钙钛矿薄膜和高效太阳能电池模块制备)的研究成果。论文链接:http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature23877.html。杨旭东研究员和韩礼元教授为共同通讯作者,陈汉博士、叶飞博士、唐文涛为共同第一作者。上海交通大学、日本材料物质研究所、苏州黎元新能源科技公司、瑞士洛桑联邦理工学院为合作研究单位。

      钙钛矿太阳能电池已经获得22.1%的能量转换效率,又因其兼具低成本制备的特点,在清洁能源开发以替代日益枯竭的化石能源方面有着重大的应用前景,在2013年被Science期刊评为10大科学突破之一,是当前新能源领域的研究热点之一。但是现阶段超过20%的认证效率都局限于小面积尺寸的电池,面积只有0.04~0.25平方厘米。当器件面积增大至25平方厘米以上时,其光电转换效率下降至10%以下,这一现象背后蕴含着是什么原因导致大面积器件光电转换过程中的电荷复合几率显著增加,可以利用什么方法来降低电荷复合几率以提高光电转换效率的物理问题。现有研究表明,调控钙钛矿大面积薄膜的结晶过程以减少其中的光电复合中心是提高该型光伏器件光电转换效率和实现大规模应用的关键一环。传统制备钙钛矿薄膜的方法在大面积均匀薄膜的制备上面临很多问题,突破原有限制,利用新的策略来制备高质量大面积钙钛矿薄膜,对于实现该型材料的应用非常必要,同时也是一个巨大的挑战。

      韩礼元教授团队首先设计实现了胺络合物钙钛矿前驱体的可控制备,并揭示了其中离子-分子间的质子交换和氢键作用原理,利用该前驱体和新开发的压力辅助法,在大气和接近室温条件下,无需借助溶剂或真空,实现了大面积均匀的高质量钙钛矿薄膜的制备。以此为基础,研究开发了有效面积达36.1平方厘米的钙钛矿电池模块,在国际认证机构获得认证效率12.1%,这是大面积钙钛矿模块首个被收录于Solar Cell Efficiency Tables的最高认证效率。上海交通大学作为该记录的创造者,为光伏研究领域的发展做出了重要贡献。这一成果是该研究团队在2015年Science期刊上发表钙钛矿光伏研究成果(Science 2015, Vol.350, P.944)之后的又一个重要进展,对于未来钙钛矿光伏产业化的实现具有十分重要的意义。




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