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中外科学家合作破解钙钛矿稳定性难题

2020-10-10

复旦大学信息科学与工程学院詹义强、郑立荣和瑞士洛桑联邦理工大学团队合作,成功通过一种气相辅助生长方法研发了室温稳定的黑相甲脒铅碘钙钛矿(FAPbI3)材料,并且制备出了光电转换效率大于23%的高效稳定太阳能电池。近日,相关研究成果在线发表于《科学》。

金属卤化物钙钛矿因其卓越的光电性能和低温制备工艺得到了广泛关注,并被研制成太阳能光伏电池、发光二极管(LED)、激光器等。但此类材料的最大缺点是热稳定性差,严重制约了其实际应用。其中FAPbI3因其良好的热稳定性和接近理想带隙等特点而备受瞩目,然而其在室温下会从光活性的黑相转变成非光活性的黄相,进而造成材料降解及电池性能衰减。

研究人员深入研究了FAPbI3的相变机理,创新性地开发了硫氰酸甲基铵气相辅助生长技术。基于此项技术,能够在较低退火温度下(100℃)将FAPbI3从黄相完全转化为黑相,并保持长期稳定。在500小时、85℃的加热老化实验测试中,该黑相甲脒铅碘薄膜保持零衰减,呈现出卓越的热稳定性。

该低温制备的FAPbI3钙钛矿太阳能电池的效率超过23%,并在最大功率点追踪500小时后依然保持原有性能的90%以上,体现了其超高工作状态稳定性。

此外,复旦团队采用全低温制备工艺还成功在PET基材上制备了效率高达20%的柔性太阳能电池,使得未来太阳能泛在利用成为可能,例如可以与建筑物、汽车车身等一体化集成。

实验测量表明,除了卓越的光伏性能,该材料也可以在低至0.75V的开启电压下实现电致发光,在未来大面积柔性显示、照明和可穿戴电子等领域也具有应用潜力。

专家表示,这项成果为钙钛矿材料在高效轻质光伏电池、新型LED和其他光电器件系统等方面的应用奠定了基础,对太阳能清洁能源的泛在利用、新型柔性大面积光电器件与系统,以及智能机器人自主供电等具有重要意义。

相关论文信息:

https://doi.org/10.1126/science.abb8985

(来源:中国科学院

 

 



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