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新研究或大幅提高钙钛矿电池寿命

在保证转换效率的基础上极大地提高电池寿命,是钙钛矿太阳能电池研究者的目标。日前,北京大学工学院材料科学与工程系周欢萍课题组和化学与分子工程学院严纯华院士课题组的合作成果“利用Eu3+/Eu2+氧化还原离子对提高铅碘钙钛矿太阳能电池工作寿命”,在线发表于国际期刊《科学》主刊。

器件寿命(即稳定性)和光电转换效率是决定太阳能电池最终发电成本的两个关键因素。全球普遍使用的晶体硅太阳能电池,效率已接近理论上限,成本难再下降。因此,兼顾成本和效率优势的钙钛矿太阳能电池成为该领域最大研究热门。

钙钛矿太阳能电池,采用具有钙钛矿晶体结构的有机无机杂化的金属卤化物作为吸光层,自2009年以来,因制备方式简单、生产成本低廉和光电性能优异而备受关注,光电转换效率由3.8%迅速升至23.7%,成为当前发展最快的光伏技术。然而,对于钙钛矿电池而言,其稳定性是最难解决的问题,且目前我国对钙钛矿产业化急需解决的成本、工艺、寿命等方面关注较少。

该研究针对钙钛矿材料在光照及热辐射作用下的不稳定性问题,提出了一种全新的机制,即在钙钛矿活性层中引入Eu3+/Eu2+的氧化还原离子对。该离子对可同时消除Pb0和I0缺陷,并在器件使用寿命期内循环发挥作用。基于此,电池初始效率得到提升,特别是其长期稳定性显著提升,解决了铅卤钙钛矿电池中限制其稳定性的一个重要本质性问题,将有力推进实现钙钛矿太阳能电池的工业化生产。

据介绍,该突破还可推广至其他钙钛矿光电器件,对其他面临类似问题的无机半导体器件,也具有重要参考意义。

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