南京工业大学合成新添加剂 可让钙钛矿太阳能电池效率高达24.1%
【化工仪器网 项目成果】钙钛矿型太阳能电池是利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料的太阳能电池，属于第三代太阳能电池，也称作新概念太阳能电池。因为低成本溶剂加工、制备工艺简单和能量转化效率高等优势，钙钛矿型太阳能电池已成为新型光伏领域最强有力的竞争者。但是，钙钛矿太阳能电池的商业化依然面临着湿、热、光等稳定性问题。研究证明，混合离子钙钛矿在连续光照下会发生相偏析。挥发性阳离子成分会引起钙钛矿薄膜中的针孔和残留碘化铅的形成，严重影响了在高温或潮湿条件下的器件性能。
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掺入混合离子是稳定高效太阳能电池的黑相碘化铅钙钛矿的常用策略。然而，这些装置通常遭受光诱导的相分离和湿度不稳定性。南京工业大学教授秦天石、副教授王芳芳研究团队设计合成了一种多功能氟取代分子作为添加剂，该添加剂可以诱导钙钛矿薄膜形成更加有序的结晶，进而获得了高效、稳定的钙钛矿太阳能电池器件性能。
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研究团队发现，造成混合离子钙钛矿困境的根本原因是，由于中间相诱导的多种成核途径，导致其无法生长成均匀的高结晶性薄膜。钙钛矿薄膜是由钙钛矿晶体构成的，钙钛矿薄膜中晶体排列越有序，缺陷就越少，被水或湿气攻击的位点就越少，所以越稳定。研究团队成功设计合成了一种多功能氟取代分子作为添加剂，该添加剂可以抑制多中间相的生成，促进定向结晶，诱导钙钛矿薄膜形成更加有序的结晶，进而获得了高效、稳定的钙钛矿太阳能电池器件性能。
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“我们设计合成的新型添加剂材料，制备的钙钛矿太阳能电池实现了高达24.1%的效率，并表现出了优异的器件稳定性，连续光照1000小时或在≈50%湿度的空气环境中加速老化2000小时后，仍保持了其初始效率值的95%以上。”论文第一作者、南京工业大学硕士生李慕白说，加了添加剂的钙钛矿薄膜，不仅能抗击住空气中的少量水分，甚至直接放到水中浸泡5分钟以上仍不分解，而参比薄膜在1秒钟之内就分解掉了，团队设计的新型材料极大地提高了钙钛矿太阳能电池的稳定性。
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相关论文Orientated crystallization of FA-based perovskite via hydrogen-bonded polymer network for efficient and stable solar cells于近日发表在国际期刊《自然—通讯》(nature communications)。
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参考来源：中国科学报
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