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Adv. Funct. Mater.:戚亚冰团队在钙钛矿太阳能电池量产技术方面取得新突破

发布:guangdianzixue阅读:1661时间:2017-12-25 14:52:50

钙钛矿太阳能电池的研究近年来成为科学研究领域的最新热点之一,电池的光电转换效率已经超过22%。然而这项新型光伏技术的市场化仍面临着两大重要挑战:(1)电池稳定性的挑战,例如得到广泛研究的MAPbI3钙钛矿材料在54至57摄氏度附近会发生相变,在超过85摄氏度时开始发生材料分解,而另一种钙钛矿材料FAPbI3在室温下倾向于生成非光伏相。近期的研究发现,由铯离子和FA离子组成的共混阳离子型钙钛矿Csx FA1−x PbI3材料不仅能够提高电池的光电转化效率,而且可以显著地提高电池的热稳定性和相稳定性,为钙钛矿材料的设计提供了新的思路。(2)电池量产技术的挑战,目前实验室普遍使用钙钛矿薄膜的制备方法(即溶液旋涂)具有很大的局限性,用这种方法制备钙钛矿电池,光电转化效率会随着电池有效面积的增大而显著下降。

近日,在日本冲绳科学技术研究所(OIST)能源材料与表面科学研究团队(Energy Materials and Surface Sciences Unit)学术带头人戚亚冰博士的指导下,姜岩等团队成员很好地解决了上述两个问题。他们首先通过复合化学气相沉积法制备出FAPbI3钙钛矿材料,然后通过离子交换法将FAPbI3转化为更稳定的Csx FA1−x PbI3,该转化过程十分简单快捷,几秒钟内即可完成。研究表明,当合成的Csx FA1−x PbI3材料中铯离子的体含量为7%时(即Cs0.07 FA0.93 PbI3),制备出的钙钛矿电池具有最高的光电转化效率,器件稳定性显著提高。利用该方法制备的太阳能电池组件(solar module)光电转化效率达到了14.6%(有效面积为12.0 cm2),在太阳光连续照射并同时负载的条件下测试1200分钟,未表现出任何衰减。更重要的是,该方法制备出电池组件的效率随着电池有效面积的增加未表现出明显的下降。


这一成果最近发表在Advanced Functional Materials 上,文章的第一作者是日本冲绳科学技术研究所能源材料与表面科学研究团队博士后研究员姜岩。

来源:材料学

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