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科技日報記者 金鳳 通訊員 周偉
鈣鈦礦型太陽能電池由于其低成本溶劑加工、制備工藝簡單、能量轉化效率高等優(yōu)勢，已成為新型光伏領域最強有力的競爭者。但是，鈣鈦礦太陽能電池的商業(yè)化依然面臨著濕、熱、光等穩(wěn)定性問題。23日，記者從南京工業(yè)大學獲悉，在中國科學院黃維院士的帶領下，該校科研團隊使用多種原位表征技術，解析了鈣鈦礦薄膜在旋涂和退火過程中的中間相、成核和結晶過程，成功設計合成了一種多功能氟取代分子作為添加劑，可誘導鈣鈦礦薄膜形成更加有序的結晶，從而讓鈣鈦礦太陽能電池更高效、更穩(wěn)定。相關成果近日發(fā)表于《自然·通訊》。
多種原位表征技術監(jiān)測鈣鈦礦薄膜在旋涂和退火過程中的中間相、成核和結晶過程。科研團隊供圖
論文作者之一王芳芳副教授介紹，鈣鈦礦材料是太陽能電池的吸光層，薄膜保持黑色才能保持光活性，才可以吸光發(fā)電，如果降解成黃色的碘化鉛，電池就不能工作了。鈣鈦礦薄膜是由鈣鈦礦晶體構成的，鈣鈦礦薄膜中晶體排列越有序，缺陷就越少，被水或濕氣攻擊的位點就越少。
研究團隊設計合成了一種多功能氟取代分子作為添加劑，該添加劑可以抑制多中間相的生成，促進定向結晶，誘導鈣鈦礦薄膜形成更加有序的結晶。“這種新型添加劑材料，制備的鈣鈦礦太陽能電池實現(xiàn)了高達24.10%的效率，并表現(xiàn)出了優(yōu)異的器件穩(wěn)定性，連續(xù)光照1000小時或在約50%濕度的空氣環(huán)境中加速老化2000小時后，仍保持了其初始效率值的95%以上。”論文第一作者、碩士生李慕白介紹，加了添加劑的鈣鈦礦薄膜，不僅能抗擊住空氣中的少量水分，甚至直接放到水中浸泡5分鐘以上仍不分解，而參比薄膜在1秒鐘之內就分解掉了。這種新型材料極大地提高了鈣鈦礦太陽能電池的穩(wěn)定性。
關鍵詞： 太陽能電池
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