《自然•通讯》刊发程一兵教授团队最新研究进展

发布:2018-11-12 来源:新材料研究所 浏览:1008 字体:
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  新闻经纬讯 近日,我校材料复合新技术国家重点实验室程一兵教授团队黄福志研究员及钟杰副研究员在钙钛矿太阳能电池研究方面取得重要进展,论文Universal Passivation Strategy to Slot-Die Printed SnO2 for Hysteresis-Free Efficient Flexible Perovskite Solar Module发表在Nature子刊《自然•通讯》上。

  钙钛矿太阳能电池是第三代新型薄膜太阳能电池,被Science 杂志评为2013年度世界十大科技进展之一,受到全世界的广泛关注和研究。钙钛矿太阳能电池发展迅速,光电转换效率从2009年的3.8%迅速突破至当前的23%,且可低温溶液法制备,生产工艺简单,成本低廉,在未来将具有巨大的应用前景。然而适用于商业化应用的大面积钙钛矿组件效率却难以满足应用要求,器件效率随着面积的增大衰减严重,同时稳定性差,迟滞现象无法消除,已经严重阻碍了钙钛矿太阳能电池的商业化进程。

  迟滞现象是钙钛矿太阳能电池研究的重点方向,它严重影响了电池器件的光电转化性能以及稳定性。目前大多数以二氧化锡(SnO2)作为电子传输层的电池器件都有迟滞现象,针对此问题,本研究开发了一种普适钝化策略,获得了高效率无迟滞电池器件。通过实验证明钾离子在氧化锡与钙钛矿的界面可以促进钙钛矿的成核结晶生产过程,同时钝化界面缺陷。通过该策略应用狭缝挤出印刷制备的大面积二氧化锡薄膜,基于该电子传输层成果制得大面积(5 x 6 cm2)无迟滞柔性钙钛矿太阳能电池,其光电转换效率突破15%,为同类尺寸柔性钙钛矿太阳能电池组件最高效率。相关成果发表在Nature Communications上(Nat. Commun. (2018) 9: 4609)。

  此外,不同制备方法合成的二氧化锡薄膜(ACS Appl. Mater. Interfaces, 2018, 10, 14922. Chemsuschem, 2018, 11, 2898)被用于制备高效钙钛矿太阳能电池。并且探索钙钛矿组分调控以及器件界面处理对器件性能的影响,相关成果发表在Journal of Materials Chemistry A上(J. Mater. Chem. A, 2018, 6, 6319)。

  除了界面修饰可以消除其迟滞,研究还发现钾离子掺杂钙钛矿中可以明显的改善钙钛矿的晶体质量,降低钙钛矿薄膜缺陷,也可以完全消除迟滞现象,使得器件光电转化效率提高,稳定性增强。相关成果发表在Energy&Environmental Science上(Energy Environ. Sci., 2017, 10, 2509 )。

  另外,针对钙钛矿制备过程中溶剂毒性的问题,通过对常用溶剂的筛选,采用无毒的绿色溶剂乙酸乙酯来代替常用的致癌溶剂氯苯,同时获得了高质量钙钛矿薄膜以及高的器件效率。相关成果以封面文章发表在Advanced Energy Materials 上(Adv. Energy Mater. 2017, 10, 1700576)。

  该系列论文第一作者为团队博士研究生卜童乐。卜童乐同学自2017年博士入学以来,已经以第一作者身份在Nature Communications (一区,IF: 12.35)、Energy & Environmental Science (一区,IF: 30.06)、Advanced Energy Materials (一区封面文章,IF: 21.85)、Journal of Materials Chemistry A (一区,IF: 9.93)、ACS Applied Materials Interfaces (一区,IF: 8.09)、Nano Energy (一区共一,IF: 13.12)、ChemSusChem两篇 (一区共一,IF:7.41)、Journal of Materials Chemistry C (一区共一,IF: 5.97) 等国际权威期刊发表SCI论文10篇,累计总影响因子已超过120。

关键词 钙钛矿太阳能电池

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