鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（PSC）憑借其高效率、 低成本和可制備性， 成為了下一代光伏技術(shù)的重要方向。 然而， 鈣鈦礦材料的穩(wěn)定性問(wèn)題， 尤其是其對(duì)濕度的敏感性， 一直是限制其走向大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵障礙。

為了突破這一瓶頸， 科研人員在過(guò)去幾年里發(fā)展了許多策略來(lái)提升鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的抗?jié)裥浴?/span> 目前優(yōu)化的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的研究方法主要包括以下幾個(gè)方面：

l  材料組分優(yōu)化: 通過(guò)改變鈣鈦礦層的組分，例如摻雜不同的陽(yáng)離子或陰離子， 來(lái)提高其光電轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性。

l  界面工程: 改善鈣鈦礦層與電極之間的界面， 減少界面缺陷和能量損失， 提高電池的整體效率。

l  添加劑使用: 在鈣鈦礦材料中引入添加劑， 例如配位溶劑和配位添加劑， 以改善晶體質(zhì)量和薄膜形貌。

l  封裝技術(shù): 開(kāi)發(fā)高效的封裝方法來(lái)保護(hù)鈣鈦礦材料， 減少其在潮濕和氧氣環(huán)境中的降解， 從而提高電池的使用壽命。

l  穩(wěn)定劑應(yīng)用: 使用化學(xué)穩(wěn)定劑來(lái)提升鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的熱穩(wěn)定性和光穩(wěn)定性。

l  結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì): 通過(guò)設(shè)計(jì)不同的電池結(jié)構(gòu)， 例如迭層或多結(jié)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池， 以提高其光捕獲能力和光電轉(zhuǎn)換效率。

l  光管理技術(shù): 應(yīng)用反射膜、 光子晶體等技術(shù)來(lái)優(yōu)化光的吸收和利用， 提升電池的效率。

l  制備工藝改進(jìn): 優(yōu)化鈣鈦礦薄膜的制備工藝， 例如旋涂法、 氣相沉積法等， 以獲得高質(zhì)量的鈣鈦礦薄膜。

但現(xiàn)有的方法往往存在局限性， 例如： 僅僅覆蓋在材料表面的保護(hù)層無(wú)法有效阻止水分進(jìn)入鈣鈦礦層， 或在器件制備過(guò)程中引入額外的材料， 可能會(huì)降低效率或者影響材料的穩(wěn)定性。

近期， 韓國(guó)成均館大學(xué) Nam-Gyu Park 教授團(tuán)隊(duì) 在 ACS Energy Lett. 期刊上發(fā)表了一篇具有開(kāi)創(chuàng)性的研究成果。 他們通過(guò) “原位微封裝” 的巧妙設(shè)計(jì)， 為解決鈣鈦礦材料的抗?jié)裥詥?wèn)題提供了一條新的道路。

Nam-Gyu Park 教授是韓國(guó)成均館大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院教授， 也是韓國(guó)成均館大學(xué)能源科學(xué)與技術(shù)研究所（SIEST） 的負(fù)責(zé)人， 他帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期專(zhuān)注于鈣鈦礦材料的合成、 器件設(shè)計(jì)以及性能優(yōu)化方面， 在國(guó)際期刊發(fā)表過(guò)大量高質(zhì)量論文。

【微封裝： 巧妙的設(shè)計(jì)， 為鈣鈦礦太陽(yáng)能電池筑起一道堅(jiān)固的防線(xiàn)】

該團(tuán)隊(duì)突破性地使用 環(huán)氧樹(shù)脂 (bisphenol A diglycidyl ether) 和 異佛爾酮二胺 (isophorone diamine) 進(jìn)行原位聚合反應(yīng), 在鈣鈦礦材料的晶界處形成了一層致密的聚合物薄膜， 將鈣鈦礦晶粒包裹起來(lái)， 形成了類(lèi)似“微封裝”的結(jié)構(gòu)。

這一巧妙的設(shè)計(jì)， 不僅有效地提高了鈣鈦礦材料的抗?jié)裥裕?/span> 而且為鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的穩(wěn)定性帶來(lái)了雙重益處:

i.           缺陷鈍化: “微封裝” 可以有效地鈍化鈣鈦礦材料表面的缺陷， 減少了界面處的不良復(fù)合， 提升電池效率。

ii.           隔水防潮: “微封裝” 結(jié)構(gòu)如同一道屏障， 阻擋了水分進(jìn)入鈣鈦礦層， 有效保護(hù)鈣鈦礦材料免受潮濕環(huán)境的破壞， 提高器件穩(wěn)定性。

【開(kāi)啟鈣鈦礦太陽(yáng)能電池?zé)o限潛力新時(shí)代】

采用 “微封裝” 技術(shù)制備的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池， 不僅獲得了 95 倍的抗?jié)裥蕴嵘?更保持了 80% 的初始效率 165 小時(shí)。 這一成果證明了 “微封裝” 技術(shù) 對(duì)于提高鈣鈦礦太陽(yáng)能電池抗潮濕能力和穩(wěn)定性的有效性。

此外， 由于 “微封裝” 技術(shù)是一種原位操作， 沒(méi)有引入額外的材料， 因此能夠保留材料的特性， 提升電池性能， 降低制造成本。

“微封裝” 技術(shù)突破了傳統(tǒng)抗?jié)癫呗缘木窒扌裕?為提高鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的穩(wěn)定性提供了一種全新的思路。 這項(xiàng)研究成果具有巨大的應(yīng)用潛力， 為鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的實(shí)際應(yīng)用打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

未來(lái)， 科研人員可以進(jìn)一步研究“微封裝”技術(shù)， 探索更優(yōu)的材料和制備工藝， 實(shí)現(xiàn)更高效、更穩(wěn)定的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池， 為推動(dòng)可再生能源的發(fā)展貢獻(xiàn)更大的力量。

該團(tuán)隊(duì)通過(guò)巧妙的原位微封裝技術(shù)， 成功克服了鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的抗?jié)裥詥?wèn)題， 顯著提升了其效率和穩(wěn)定性， 為鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的應(yīng)用打開(kāi)了新的思路， 推動(dòng)了光伏技術(shù)的不斷發(fā)展。

重要技術(shù)參數(shù)：

抗?jié)裥?/span>: 提高了 95 倍的抗?jié)裥?/span>

長(zhǎng)期穩(wěn)定性: 在 70% 的相對(duì)濕度下， 保持 80% 的初始效率超過(guò) 165 小時(shí)。

關(guān)鍵技術(shù): 原位微封裝

參考文獻(xiàn)

Microencapsulation of Grain Boundaries for Moisture-Stable Perovskite Solar Cells _ ACS Energy Lett. 2024 _ DOI: 10.1021/acsenergylett.4c01150

【本研究參數(shù)圖】

Figure S15. (a) Statistical photovoltaic parameters of reverse scanned (solid lines) and forward scanned (dashed lines) Jsc, Voc, FF and PCE and (b) best performing J-V data of control, R-, Hand PoEC-processed PSCs. Perovskite films were not post-treated with 4MeO-PEAI

Figure S19. EQE and integrated Jsc of the control and PoEC-processed PSCs

Figure S20. (a) Ideality factors derived from light intensity dependent Voc from J-V curves for

(b) control and (c) PoEC-processed PSCs.

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文獻(xiàn)參考自 ACS Energy Lett. 2024 _ DOI: 10.1021/acsenergylett.4c01150

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