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光學工程
半導體所合作發表鈣鈦礦太陽能電池穩定性專題評論文章

有機/無機雜化的鈣鈦礦電池具有成本低、低溫柔性及易于大面積印刷等優點,受到人們的廣泛關注。過去十年,鈣鈦礦電池的研究迅猛發展,其光電轉換效率已從初始的2.2%迅速提高到22.1%(圖1上),接近硅太陽能電池水平。大面積電池也發展迅速(圖2)。因此鈣鈦礦太陽能電池具有巨大的發展前景。

影響鈣鈦礦電池商業應用的主要原因是其電池的穩定性,目前鈣鈦礦電池僅能在使役條件下工作數月(圖1下),而傳統的硅電池能夠工作超過25年。因此,如何提高鈣鈦礦電池的穩定性是目前這一領域最為重要的問題,各國科學家競相在這方面開展工作。應《自然》(Nature)雜志的邀請,加州大學洛杉磯分校教授Yang Yang與中國科學院半導體研究所研究員游經碧近期撰寫了題為Make perovskite solar cells stable 的評論文章(Yang Yang, Jingbi You, Nature, 544, 155-156 (2017))。

針對目前的研究進展,他們概括出了五種改善鈣鈦礦太陽電池穩定性的手段:1) 調控鈣鈦礦材料的晶體結構,通過少量摻雜提高鈣鈦礦材料的相穩定性;2)降低鈣鈦礦晶體缺陷,減少外界環境的滲透通道;3)設計新的穩定的鈣鈦礦材料;4)采用穩定的無機電荷傳輸層;5)改善封裝工藝等。同時,他們呼吁投入更多的經費和人力參與提高穩定性的工作中來;理論物理學家、材料化學家以及器件工程師應緊密合作,開發與研制出新的穩定的鈣鈦礦基太陽能材料及器件。此外,研究者們在報道器件穩定性時必須采用統一的穩定性測試標準。只有這樣,才能加快鈣鈦礦電池商業化進程,為人們所用。

Yang Yang和游經碧是該評論文章的共同通訊作者。

圖1. (上) 過去十年鈣鈦礦電池發展效率的趨勢圖,(下) 鈣鈦礦電池穩定性發展圖。

圖2. 大面積鈣鈦礦太陽能電池


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