三代同层

　　解放日报上观新闻记者29日表示，著名的《科学》杂志发表了中国科学家关于太阳能电池研究的最新科学研究成果。华东师范大学方俊锋教授团队的相关研究从审查对象那里得到了“创造了新的反式钙钛矿电池的效率世界记录，首次实现了转化效率大于24%的反式钙钛矿电池”的结论他评价说，“我们突破了反式元件效率低的长期以来困扰钙钛矿电池发展的重要瓶颈问题，为钙钛矿电池的研究开辟了新的构想和方向”。 　　【第3代电池，最有希望的低成本太阳能发电】 　　在世界气候变化和“双重碳”的目标下，太阳能发电技术的发展受到世界各国的广泛重视。钙钛矿型太阳电池（perrovskite solar cells）将钙钛矿型有机-金属卤化物混合半导体作为吸光材料，属于第3代太阳电池，也被称为新概念太阳电池。成本低、效率高、实现低成本发电是最有希望的新型太阳能发电技术之一。 　　在类型上，钙钛矿电池分为正型n-i-p电池和逆型p-i-n电池。研究小组称，“与正型钙钛矿相比，反式钙钛矿电池具有其自身优势。可以在低温下制备，工艺简单，稳定性好，同时与晶体硅电池兼容，可以实现层叠电池的制备。”。“反钙钛矿/晶体硅层叠是钙钛矿电池商业化应用的路径之一。”此外，反向钙钛矿电池不需要使用具有光催化活性的二氧化钛和掺杂的有机空穴传输层，并且在光照射下输出稳定性更好，具有更好的发展潜力。 　　“虽然对于变压器设备有很多优点，但是当前的高效钙质电池基本上基于正型设备，电池效率达到25%，但是转发器钙化电池的效率明显降低，其最高效率维持在22~23%”。专家表示，“因此，如何缩小正逆型设备的效率差，实现高效率稳定的逆型设备的制造，是钙钛矿电池研究领域的焦点和难点”。 　　方俊锋教授 　　对此，研究小组以华东师范大学为第一单位，与中科院宁波材料所合作完成了这项新的研究。物理和电子科学学院的李晓冬副研究员是论文的第一作者，方俊锋教授是论文的唯一通信作者。 　　李晓冬副研究员 　　【转化效率的革新虽然很高，但是只有有稳定性才能应用】 　　经过反复实验论证，课题组提高了构建表面异质结并在元件内建立电场的构想。基于该方法，课题组将迄今为止报道的含羧酸基的多烯衍生物作为空穴传输层，同时将富勒烯衍生物PCBM作为电子传输层，首次将反钙钛矿电池的转化效率提高到24%以上。通过权威第三方的认证，其效率也达到了23.5%。 　　“通过构建性能优良的界面异质结，使钙钛矿表面的费米能级向上移动，在界面引入附加电场，抑制界面复合。这是实现反转电池效率化的主要原因。”。科学家进行了说明。 　　表面硫化（SST）及带弯曲示意图 　　这项研究除了提高反向钙钛矿电池的转化效率外，还实现了电池稳定性的大幅提高。“对于所有的太阳能电池来说，如果没有稳定性就无法应用”。第一作者李晓冬说：“钙钛矿电池的稳定性尤其重要，这是当前制约商业化应用的重要瓶颈。”。 　　实验表明，电池可以通过2200小时的85°C高温加速老化来保持初始值91.8%的效率。在55°C左右的光照射下，经过1000小时的连续最大输出加速老化试验，效率也稳定在初始值的90%以上。 　　钙钛矿电池稳定性变化曲线 　　通过合理优化设计，可以完全制备兼具高效率和高稳定性的逆钙钛矿电池。“在国家宏观政策、产业界的支持以及科学研究人员的协助下，钙钛矿电池有望走向商业应用”。研究小组表示，“今后将继续深入研究高效稳定的反式钙钛矿电池，探索构建高效界面异质结的新方案，进一步提高设备的效率和稳定性，开展大面积钙钛矿电池模块的研究，推进实用化研究。”。 　　主编：徐瑞哲文字编辑：徐瑞哲 　　照片来源：华东师范大学来源：作者：徐瑞哲