新材料让钙钛矿太阳能电池更稳定更高效

科技日报记者 金凤 通讯员 周伟

钙钛矿型太阳能电池由于其低成本溶剂加工、制备工艺简单、能量转化效率高等优势，已成为新型光伏领域最强有力的竞争者。但是，钙钛矿太阳能电池的商业化依然面临着湿、热、光等稳定性问题。23日，记者从南京工业大学获悉，在中国科学院黄维院士的带领下，该校科研团队使用多种原位表征技术，解析了钙钛矿薄膜在旋涂和退火过程中的中间相、成核和结晶过程，成功设计合成了一种多功能氟取代分子作为添加剂，可诱导钙钛矿薄膜形成更加有序的结晶，从而让钙钛矿太阳能电池更高效、更稳定。相关成果近日发表于《自然·通讯》。

多种原位表征技术监测钙钛矿薄膜在旋涂和退火过程中的中间相、成核和结晶过程。科研团队供图

  论文作者之一王芳芳副教授介绍，钙钛矿材料是太阳能电池的吸光层，薄膜保持黑色才能保持光活性，才可以吸光发电，如果降解成黄色的碘化铅，电池就不能工作了。钙钛矿薄膜是由钙钛矿晶体构成的，钙钛矿薄膜中晶体排列越有序，缺陷就越少，被水或湿气攻击的位点就越少。

 研究团队设计合成了一种多功能氟取代分子作为添加剂，该添加剂可以抑制多中间相的生成，促进定向结晶，诱导钙钛矿薄膜形成更加有序的结晶。“这种新型添加剂材料，制备的钙钛矿太阳能电池实现了高达24.10%的效率，并表现出了优异的器件稳定性，连续光照1000小时或在约50%湿度的空气环境中加速老化2000小时后，仍保持了其初始效率值的95%以上。”论文第一作者、硕士生李慕白介绍，加了添加剂的钙钛矿薄膜，不仅能抗击住空气中的少量水分，甚至直接放到水中浸泡5分钟以上仍不分解，而参比薄膜在1秒钟之内就分解掉了。这种新型材料极大地提高了钙钛矿太阳能电池的稳定性。