太阳能电池转化效率提升有了新策略
时间:2025-02-28 23:50:18来源：
极乐温文网 作者:百科
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如果人类和能源问题之间是太阳一场赛跑 ，那么太阳能电池研究就像是池转百米飞人大战
，小数点后的化效每一个数字 ，都是率提略科学家争夺的焦点
。一直致力于新型钙钛矿太阳能电池研究的新策西湖大学王睿团队，又一次在小数点后实现了突破
。太阳日前 ，池转《自然》杂志在线发布王睿实验室最新研究成果 ，化效他们找到一种新的率提略甲脒铅碘钙钛矿取向成核方法——加入一种叫“戊脒”的“添加剂”，就可以带来更好的新策结晶度 、更低的太阳缺陷 ，也意味着更高的池转光电效率和更强的稳定性 ，为钙钛矿太阳能电池的化效转化效率拓展出更大空间 。“明星材料”钙钛矿稳定性不足关于太阳能电池，率提略大家的新策第一印象是 ，在中国很多城市和村落随处可见的“蓝色屋顶” ，那是硅太阳能电池 ，已出现很多年。为什么科学家们还要努力研究钙钛矿太阳能电池
？近年来，钙钛矿电池在实验室实现单片小面积的光电转化率达到25%甚至更高
，堪比硅太阳能电池40年的发展速度 。理论上
，钙钛矿太阳能电池通过叠层方法，光电转化率可以超过40%
，并且与硅太阳能电池材料相比 ，更轻薄 、高效
、低成本，甚至可以是柔性的
。想象一下
，未来像刷墙漆一样 ，在建筑物外面涂上钙钛矿太阳能电池
，就能给房子供电 。但这种被科学家寄予厚望的“明星材料” ，却有一个致命缺陷
，即稳定性不足 ，在低温下形成 ，也容易在低温下分解，且怕水怕氧 。因此王睿实验室内大部分的操作 ，需要在手套箱里完成
，那里充入了氮气，隔绝了水和氧 。“我们的任务就是对症下药 ，提高钙钛矿太阳能电池的转化率和稳定性，直至它能真正进入并改变人类生活 。”王睿说 。“长尾巴”戊脒有特效当前光活性黑相甲脒铅碘钙钛矿(FAPbI3)是高效钙钛矿光伏最有前景的材料
。有趣的是
，从钙钛矿的“面相”
，能看出它的性能。长得好的甲脒铅碘钙钛矿 ，呈现黑色 ，专业上叫“黑相”；长得不好的晶体，会呈现黄色，专业上叫“黄相” 。“黑相”意味着整齐完整的钙钛矿晶体结构 ，电流产生时可以畅通无阻。然而 ，甲脒铅碘钙钛矿晶体在形成过程中 ，常常会出现“黑黄相间”的现象。虽然之前的研究者已开发出一些方法以避免这样的杂糅
，但甲脒铅碘钙钛矿结晶的速度太快
，在数秒内就可以完成 ，这使得人们一直未能“看清”结晶过程中的变化机理。如何在这个过程中控制只产生“纯黑相”的甲脒铅碘钙钛矿
？2019年
，王睿团队在做钙钛矿表面二次生长研究时
，就注意到一种叫“油铵碘”的物质可以帮助晶体更好地生长。“油铵碘”是一种带有“长长尾巴”的有机化合物
，这个尾巴就是“烷基链” 。研究团队猜测 ，影响晶体生长的关键可能就是“这条尾巴”
。他们选择了把三种同样带有“烷基链”的有机分子丙脒(PRD) 、丁脒(BAD) 、戊脒(PAD) ，分别添加到甲脒铅碘钙钛矿晶体生长过程中
。结果发现
，拥有最长“烷基链”的戊脒 ，果然效果最好
。2022年
，王睿与合作团队在此前工作的基础上，设计了全新的表面处理策略 ，使钙钛矿电池可稳定工作超过2000小时，这是当时已报道的最长工作时间之一
。这一次
，他们通过戊脒的探索来优化结晶机制，适用于改善不同薄膜制备方案下的光伏器件性能 。最终的测试数据显示
，小面积器件实现了25.4%的光电转换效率，而大面积模组也实现了21.4%的第三方认证光电转换效率 。在稳定性方面，采用戊脒制造的器件在1000多小时后仍保持了初始光电转化效率的95%；在加速老化测试中 ，引入戊脒的器件在恒定照明下超过500小时后仍保持了82%以上 。“这仅仅是戊脒优化策略的‘第一次’成绩。”王睿说，未来它还有很大的提升空间 ，“这项研究更重要的意义在于方法优化和原理探索同时进行 ，为接下来的探索铺平了道路 。”举报/反馈 |
