作者:许建斌等 来源:《自然—通讯》 发布时间:2016/11/22 10:17:02
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科学家大幅度提高钙钛矿物料稳定性

 

 

钙钛矿太阳能电池(Perovskite Solar Cell,PSC)是国际前沿研究课题,于2013年更被《科学》期刊(Science)纳入该年《十大科学突破》之列。这种太阳能电池主要由一类相当不稳定的钙钛矿所制成,阻碍了它的商业化。香港中文大学(中大)电子工程学系教授许建斌教授、研究助理教授严克友教授及其科研团队,成功优化有机无机杂合钙钛矿的合成路径,研发出名为「非化学计量比的酸碱反应」(NABR)之合成方法,有效提高了MAPbI3钙钛矿的稳定性。这项突破性的成果近日在最新一期的国际知名学术期刊《自然通讯》(Nature Communications)发表。

现时,全球太阳能电池市场以硅晶型电池为主。硅晶型太阳能电池的开发工作虽已开展了数十年,但其光电转换效率(PCE)仍长期徘徊于25% 的水平;而且,此类电池在高温熔炼的生产过程中,会排放废气及有毒物质,对环境造成污染。相比之下,钙钛矿太阳能电池自2009年首次成功开发后,于7年间,其光电转换效率已升至20%。此外,钙钛矿太阳能电池只需简单的溶液加工即可制成,减少对环境的破坏。而且,钙钛矿这种物料可更轻易制造出具柔韧性、可卷曲的超薄太阳能板;而钙钛矿太阳能电池的价格亦较硅晶型太阳能电池更具竞争力,因此发展潜力很大。

然而,钙钛矿太阳能电池一直未能普及化,是因为该类物料相当不稳定。于2013年由国际学术团队所进行的稳定性测试中,钙钛矿太阳能电池经过200及500小时的使用后,其效能大幅下跌了约20至50%。因此,钙钛矿太阳能电池的长期稳定性必须大幅提升,才能获广泛应用。

中大钙钛矿太阳能电池研究团队许建斌教授,严克友教授,及其博士研究生龙明珠、张天恺等系统化地研究了钙钛矿的形成、降解和恢复原理,并在此基础上提出了NABR。钙钛矿薄膜是离子晶体,在高空气湿度的环境下,稳定性往往会大幅下降。以传统方法制造的钙钛矿薄膜,在空气湿度65%的环境下,其稳定性只能保持约一星期,而由中大研究团队用NABR所制成的钙钛矿薄膜,则在空气湿度65%的环境下,能够保持稳定两个月。这项研究结果,有望研发出高效率、低成本、高稳定的钙钛矿太阳能电池;团队成员并希望未来此技术能应用于另一类钙钛矿太阳能电池。

许建斌教授表示:「钙钛矿太阳能电池自2009年开始被研发以来,它的稳定性是各方高度关注的课题。在此次研究中,我们大幅度提高了钙钛矿材料的稳定性。我们有理由相信,通过成分及机理研究,结合简单的封装技术,钙钛矿太阳能电池的稳定性将得以有效提升。」

严克友教授补充:「此次研究侧重反应机理分析,提出的方法具普适性。所以,团队现使用此方法合成其他类型的钙钛矿,进一步提高这类物料的效率和稳定性。我们希望利用3-5年的时间,大幅度提高钙钛矿太阳能电池的稳定性,使之达到商业化的要求。」

此次研究,化学系麦松威教授和吴振辉博士协助了反应过程中之中间化合物的结构确定工作。是次在《自然通讯》发表之论文,是香港第二篇有关钙钛矿方面的文章在Nature Publishing Group (NPG)系列期刊发表。(来源:科学网)

 
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