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Energy Environ. Sci.華師高進偉/姜月團隊在鈣鈦礦太陽能電池方面取得重要進展

來源：華南師范大學新聞中心      2022-07-12
導讀：近日，華南師范大學華南先進光電子研究院先進材料研究所高進偉/姜月團隊在鈣鈦礦太陽能電池方面取得重要進展，提出了一種高效、穩定、可修復和低鉛泄漏鈣鈦礦太陽能電池的內部封裝策略。研究成果“An Internal Encapsulating Layer for Efficient, Stable, Repairable and Low-lead-leakage Perovskite Solar Cells”在線發表在材料頂級期刊《Energy & Environmental Science》 https://doi.org/10.1039/D2EE01016J)。《Energy & Environmental Science》由英國RSC出版社主辦，在國際上享譽盛名，2022年最新影響因子為39.7，為材料、能源、環境領域頂尖期刊。華南師范大學姜月副研究員和高進偉教授共同指導的碩士研究生徐冬冬為論文第一作者。姜月副研究員和高進偉教授為共同通訊作者，南京大學劉俊明教授、華南師范大學周國富教授等為主要作者，華南師范大學為第一完成單位。

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有機-無機雜化鈣鈦礦太陽能電池(PSCs)是最具前景的可再生和清潔能源技術之一，其功率轉換效率超過25%，與硅基太陽能電池相匹配。單片鈣鈦礦/硅串聯太陽能電池的PCE接近30%。然而，由于鈣鈦礦材料的離子性質，其抗濕/熱的長期穩定性仍然很差，這仍然是商業應用的最重要障礙。此外，使用過程中的鉛泄漏仍然是一個環境安全問題。

近日，高進偉/姜月團隊提出了一種基于原位交聯聚合物(Spiro-NPU)的內部封裝層(IEL)，具有匹配的能級、良好的電導率和匹配的空穴遷移率。Spiro-NPU的嵌入顯著提高了器件光伏性能，在剛性基板上的光電轉換效率達到23.26%，在柔性器件上達到約20%。最重要的是，IEL顯著提高了鈣鈦礦太陽能電池的水分/熱穩定性，以及可修復性。在60%相對濕度(RH)的空氣中老化3000小時后，未觀察到效率衰變；在85% RH、25 oC(或55% RH、85 oC)條件下老化500 h后，初始效率保持在90%以上；在1個太陽照射(~ 50 oC，N2) 的最大功率點(MMP) 以及沒有任何外部封裝下工作200小時，可以保留97%的初始效率。此外，鈣鈦礦薄膜在老化1個月(85% RH @ 25 oC)后的非光伏活性水合物相，在退火或一次太陽照射后恢復為光伏活性黑相，其相應的光電轉換效率也顯示出一定的修復性。此外，該IEL還展示出了阻鉛的能力，這為實現穩定、高效和安全的鈣鈦礦太陽能器件鋪平了道路。
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該項工作首次報道一種原位聚合方法獲得內封裝層協同提高鈣鈦礦光伏器件長效穩定性、器件效率，以及降低鉛泄露。此外，該方法還為構建其他光電、傳感器件的防護層提供一種重要的思路。
姜月副研究員畢業于華南理工大學與法國昂熱大學（法國國家科學中心CNRS，Moltech-Anjou研究所），獲雙博士學位。2015年作為青年英才引進加入華南先進光電子研究院高進偉團隊， 2019年獲聘副研究員。研究興趣包括：鈣鈦礦太陽電池、有機太陽電池、壓致變色以及電致變色材料與器件等。以第一作者/通訊作者在Advanced Materials, Energy & Environmental Science等期刊發表原創論文30余篇；獲批國家自然科學基金、廣東省自然科學基金、廣州市基礎與應用基礎研究項目等資助；指導學生參加“挑戰杯”課外學術作品大賽，獲廣東省特等獎、全國三等獎等。
該研究得到了國家自然科學基金重點項目、廣東省重點實驗室的資助。

論文鏈接：An Internal Encapsulating Layer for Efficient, Stable, Repairable and Low-lead-leakage Perovskite Solar Cells - Energy & Environmental Science (RSC Publishing)

參考資料：https://news.scnu.edu.cn/52251


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