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[科技] 山大团队借鉴荷叶“自清洁效应”,将单晶钙钛矿电池效率提至23.4%

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任威质量谢所兰 发表于 2024-2-12 19:15:22 | 显示全部楼层
 
在处理能源平安、削减二氧化碳排放、和应对天气变化等方面,光伏电池发挥侧重要感化。作为新一代光伏技术,钙钛矿太阳电池具有用力高、可溶液大面积加工等上风,有望大幅下降商用光伏器件的本钱。
经过近十年成长,钙钛矿多晶电池最高效力跨越 26%,很是接近晶硅电池,但其工作稳定性明显落后于晶硅电池,这也是影响其商用的关键身分之一。
虽然研讨职员成长了多种提升稳定性的战略,比如优化薄膜结晶质量、修复表界面缺点、组分调控等,但即即是具有较高效力的钙钛矿电池 T90,其工作寿命常常只要几千小时,没法满足商用需求。
钙钛矿电池效力衰减的一个关键缘由是电场引诱的卤素离子迁移,这会致使材料降解和缺点增加。而在钙钛矿多晶薄膜当中,离子迁移首要发生在富含卤素空位的晶界。
相较而言,钙钛矿单晶由于消除了晶界,其离子迁移活化获得明显进步,是以是研讨以及克服钙钛矿离子迁移引诱器件降解的理想材料。
此外,高效力的单晶电池,也是研讨离子迁移与器件稳定性关系的条件。钙钛矿单晶的发展通常为基于溶液法,“残留发展溶液净化晶体概况”是该方式面临的共性题目,这会严重侵害材料性质和电池性能。
为了克服这一困难,山东大学教授陈召来团队鉴戒荷叶“自清洁效应”,经过在晶体概况引入自组装份子层,进步了晶片的概况疏水性。从而让单晶在发展竣事之时,可以自觉地解除残留发展溶液,进而明显削减概况杂质。
山大团队鉴戒荷叶“自清洁效应”,将单晶钙钛矿电池效力提至23.4% 第1张图片


在改良材料性质的同时,课题组还将单晶钙钛矿电池的效力进步至 23.4%,是此前单晶电池的最高效力。
总的来说,本次工作操纵两亲性份子很好地处理了困扰学界已久的溶液法发展钙钛矿单晶的概况题目。
山大团队鉴戒荷叶“自清洁效应”,将单晶钙钛矿电池效力提至23.4% 第2张图片


日前,相关论文以《具有自清洁概况的高效光伏用钙钛矿单晶》(Perovskite Single Crystals with Self-Cleaning Surface for Efficient PhotovoltAIcs)为题发在 Angewandte Chemie International Edition[1],Liu Nianqiao 是第一作者,陈召来担任通讯作者。
山大团队鉴戒荷叶“自清洁效应”,将单晶钙钛矿电池效力提至23.4% 第3张图片


今朝,受限于发展技术的不够完善,钙钛矿晶片的尺寸仍然较小,结晶质量有待进步,表界面缺点密度较大。陈召来暗示,整体来看单晶钙钛矿电池范畴面临以下几个关键科学题目:
其一,钙钛矿/负极界面的碘离子迁移;
其二,钙钛矿晶片的结晶质量较体块单晶有明显差异;
其三,钙钛矿晶片的厚度调控和概况缺点钝化。
是以,课题组后续将围绕这些关键题目标处理来展开:即开辟先辈的概况缺点钝化和界面阻挡战略,连系抛光打磨工艺来调控晶片的厚度,争取让单晶电池的添补因子到达 90%,光电转换效力跨越 27%。
如能顺遂处理这些关键题目,钙钛矿单晶电池将具有较大的商用可行性。从晶硅电池的成长历史来看:由于单晶硅价格较高,反而给多晶硅电池成长带来了机遇。
随着单晶发展技术的成长,单晶硅电池终极淘汰了多晶硅电池,是以该团队以为单晶钙钛矿电池能够有着庞大的成长机遇。
另据悉,陈召来曾在国外处置博士后研讨。他暗示:“时代我有幸师从钙钛矿单晶范畴国际最著名的两位学者:黄劲松教授和Osman Bakr教授。从他们身上我学到了做科研要做到不顺从,而是对峙自己的特点,同时要自动探访地点范畴的关键科学题目。”
他继续说道:“相比被普遍研讨的钙钛矿多晶电池,我在返国今后所研讨的单晶电池在效力和稳定性上都有明显差异,触及该范畴的研讨职员屈指可数。我们一时候也没有好的思绪继续提升单晶钙钛矿电池的性能,特别是该若何稳定性,一度思疑我们的研讨偏向能否是应当放弃。”
而陈召来今朝地点单元是晶体材料国家重点尝试室,努力于单晶材料的发展和利用。终极,在该尝试室的支持之下,在他和门生累计两三年的不竭尽力之下,渐渐明白了本事域的关键题目,科研得以渐渐走上正轨。
“其中我们尝试室有位著名教授对我讲,从材料上说单晶一定是比多晶更好的,那末单晶钙钛矿电池必定是有希望的。
是以一定要对峙自己的研讨特点,对峙我们国家重点尝试室的特点。这段科研的履历和先辈的激励,给我的科研生活带来了很大影响。”陈召来暗示。
参考材料:
1.Liu, N., Li, N., Jiang, C., Lv, M., Wu, J., & Chen, Z. (2024). Perovskite Single Crystals with Self‐Cleaning Surface for Efficient Photovoltaics.Angewandte Chemie International Edition, e202314089.
排版:刘雅坤


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