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Energy Environ. Sci.華師高進(jìn)偉/姜月團(tuán)隊(duì)在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池方面取得重要進(jìn)展

來(lái)源：華南師范大學(xué)新聞中心      2022-07-12
導(dǎo)讀：近日，華南師范大學(xué)華南先進(jìn)光電子研究院先進(jìn)材料研究所高進(jìn)偉/姜月團(tuán)隊(duì)在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池方面取得重要進(jìn)展，提出了一種高效、穩(wěn)定、可修復(fù)和低鉛泄漏鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的內(nèi)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(fā)表在材料頂級(jí)期刊《Energy & Environmental Science》 https://doi.org/10.1039/D2EE01016J)。《Energy & Environmental Science》由英國(guó)RSC出版社主辦，在國(guó)際上享譽(yù)盛名，2022年最新影響因子為39.7，為材料、能源、環(huán)境領(lǐng)域頂尖期刊。華南師范大學(xué)姜月副研究員和高進(jìn)偉教授共同指導(dǎo)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(jìn)偉教授為共同通訊作者，南京大學(xué)劉俊明教授、華南師范大學(xué)周國(guó)富教授等為主要作者，華南師范大學(xué)為第一完成單位。

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有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦太陽(yáng)能電池(PSCs)是最具前景的可再生和清潔能源技術(shù)之一，其功率轉(zhuǎn)換效率超過(guò)25%，與硅基太陽(yáng)能電池相匹配。單片鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽(yáng)能電池的PCE接近30%。然而，由于鈣鈦礦材料的離子性質(zhì)，其抗?jié)?熱的長(zhǎng)期穩(wěn)定性仍然很差，這仍然是商業(yè)應(yīng)用的最重要障礙。此外，使用過(guò)程中的鉛泄漏仍然是一個(gè)環(huán)境安全問(wèn)題。

近日，高進(jìn)偉/姜月團(tuán)隊(duì)提出了一種基于原位交聯(lián)聚合物(Spiro-NPU)的內(nèi)部封裝層(IEL)，具有匹配的能級(jí)、良好的電導(dǎo)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(zhuǎn)換效率達(dá)到23.26%，在柔性器件上達(dá)到約20%。最重要的是，IEL顯著提高了鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的水分/熱穩(wěn)定性，以及可修復(fù)性。在60%相對(duì)濕度(RH)的空氣中老化3000小時(shí)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(gè)太陽(yáng)照射(~ 50 oC，N2) 的最大功率點(diǎn)(MMP) 以及沒(méi)有任何外部封裝下工作200小時(shí)，可以保留97%的初始效率。此外，鈣鈦礦薄膜在老化1個(gè)月(85% RH @ 25 oC)后的非光伏活性水合物相，在退火或一次太陽(yáng)照射后恢復(fù)為光伏活性黑相，其相應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換效率也顯示出一定的修復(fù)性。此外，該IEL還展示出了阻鉛的能力，這為實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、高效和安全的鈣鈦礦太陽(yáng)能器件鋪平了道路。
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該項(xiàng)工作首次報(bào)道一種原位聚合方法獲得內(nèi)封裝層協(xié)同提高鈣鈦礦光伏器件長(zhǎng)效穩(wěn)定性、器件效率，以及降低鉛泄露。此外，該方法還為構(gòu)建其他光電、傳感器件的防護(hù)層提供一種重要的思路。
姜月副研究員畢業(yè)于華南理工大學(xué)與法國(guó)昂熱大學(xué)（法國(guó)國(guó)家科學(xué)中心CNRS，Moltech-Anjou研究所），獲雙博士學(xué)位。2015年作為青年英才引進(jìn)加入華南先進(jìn)光電子研究院高進(jìn)偉團(tuán)隊(duì)， 2019年獲聘副研究員。研究興趣包括：鈣鈦礦太陽(yáng)電池、有機(jī)太陽(yáng)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(fā)表原創(chuàng)論文30余篇；獲批國(guó)家自然科學(xué)基金、廣東省自然科學(xué)基金、廣州市基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究項(xiàng)目等資助；指導(dǎo)學(xué)生參加“挑戰(zhàn)杯”課外學(xué)術(shù)作品大賽，獲廣東省特等獎(jiǎng)、全國(guó)三等獎(jiǎng)等。
該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、廣東省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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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