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推开高效电池可实用化制备新世界大门 |
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空气环境中制备效率超25%的钙钛矿太阳电池 |
2023年9月28日，华北电力大学李美成教授团队在Nature Energy期刊上发表了一篇题为“Fabrication of perovskite solar cells in ambient air by blocking perovskite hydration with guanabenz acetate salt”的研究成果。
该研究揭示了钙钛矿材料中空位周围原子更容易发生水合作用，通过阻挡水合过程可实现空气环境中高质量钙钛矿薄膜的制备。在空气环境中制备的钙钛矿太阳电池实现了25.32%的光电转换效率（认证25.08%），该效率为当前在潮湿空气环境中制备的钙钛矿太阳电池的最高值。
论文通讯作者是李美成教授；第一作者是闫路遥、黄浩、崔鹏。
金属卤化物钙钛矿太阳电池作为一种极具潜力的光伏技术，其功率转换效率目前已超过25.8%。然而，制造这些效率>25%且稳定的钙钛矿太阳电池需要惰性气氛的保护，例如氮气手套箱等环境。这样的制备环境显然限制了钙钛矿太阳电池的低成本制备优势及其实际应用。因此，在空气环境中制备高性能钙钛矿太阳电池有望大幅促进其低成本制备和大规模商业化应用。
钙钛矿结晶过程对环境中的水汽敏感，水分首先引发钙钛矿水合作用，进一步产生不可逆的相变，随后发生晶格骨架的坍塌及分解。华北电力大学李美成教授开发了一种利用消除钙钛矿空位阻断钙钛矿水合作用的方法，在空气环境中制备出了效率达25.32%（认证25.08%）的钙钛矿太阳电池。未封装的电池在空气环境中老化2000小时后保持了97%的初始效率。这是钙钛矿太阳电池领域首次在潮湿空气环境中制备出效率超过25%的器件，标志着钙钛矿太阳电池的低成本和多场景制备取得了里程碑的进展，有力地推动了其明升化进程。
图1：钙钛矿薄膜的SEM和GIXRD表征结果。
图2：钙钛矿薄膜的光电特性。
图3：GBA与钙钛矿相互作用的表征。
图4：钙钛矿太阳电池的光伏性能。
高效钙钛矿太阳电池的制备通常需要惰性气氛或控温控湿环境的保护，这项工作中，通过阻挡水合保护了钙钛矿的结晶过程，在潮湿的空气环境中制备出了高质量钙钛矿薄膜及高效稳定的钙钛矿太阳电池。该研究有望促进钙钛矿太阳电池的实际应用和低成本商业化。（来源：明升手机版(明升官网)）
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