西安交大實(shí)現(xiàn)柔性鈣鈦礦太陽能電池效率超過17%

從2009年開始，基于甲基銨鉛碘鈣鈦礦太陽能電池的研究就備受矚目，目前已成為國(guó)際科研以及產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域關(guān)注的熱點(diǎn)。在不到8年的時(shí)間里，其光電轉(zhuǎn)換效率從2009年的3%一路飆升到2017年的22.1%。甲基銨鉛碘鈣鈦礦材料具有直接帶隙、吸收帶隙可調(diào)且強(qiáng)吸收、載流子傳輸距離長(zhǎng)的特點(diǎn)，是光伏器件的最理想的活性吸收材料。而高質(zhì)量的鈣鈦礦薄膜是實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦太陽能電池高光電轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵。

電信學(xué)院吳朝新教授團(tuán)隊(duì)專注于反型平面異質(zhì)結(jié)鈣鈦礦太陽能電池的鈣鈦礦層的研究。最近，該課題組找到了一種簡(jiǎn)單方法，實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量的鈣鈦礦薄膜，得到了光電轉(zhuǎn)換效率高達(dá)19.44%的反型平面異質(zhì)結(jié)鈣鈦礦太陽能電池。此外，將該方法應(yīng)用到柔性電池中，實(shí)現(xiàn)了光電轉(zhuǎn)換效率為17.04%的高效率反型平面異質(zhì)結(jié)鈣鈦礦柔性電池，位于國(guó)際最高柔性薄膜太陽能電池效率之列。通過旋涂制備好鈣鈦礦薄膜后，使用硫氰酸銨(NH4SCN)后處理，鈣鈦礦薄膜經(jīng)過分解，再重新結(jié)晶的過程，形成了晶粒更大，結(jié)晶性更好，缺陷更少的鈣鈦礦薄膜。這項(xiàng)研究工作于2017年11月發(fā)表在國(guó)際重要期刊Advanced Functional Materials(影響因子12.12)。題目“類鹵素誘導(dǎo)的CH3NH3PbI3薄膜的重結(jié)晶工程及其在高效反型平面異質(zhì)結(jié)鈣鈦礦太陽能電池中的應(yīng)用”(Hua Dong，Zhaoxin Wu*, et al,Advanced Functional Materials,DOI: 10.1002/adfm. 201704836)。第一作者為課題組青年教師董化博士(交大為第一作者單位與通訊作者單位)，文章被推薦為當(dāng)期的封底文章(論文鏈接為https://doi.org/10.1002/adfm.201704836)。

近幾年來，吳朝新教授團(tuán)隊(duì)對(duì)于柔性太陽能電池及柔性透明導(dǎo)電薄膜進(jìn)行了深入研究，且取得了一系列重要成果。例如：在國(guó)際上率先發(fā)展了“蒸鍍-旋涂”的鈣鈦礦薄膜低溫制備工藝，2016年實(shí)現(xiàn)了具備高穩(wěn)定性a-FAPbI3的鈣鈦礦太陽能電池，其光電轉(zhuǎn)換效率13.03%，效率穩(wěn)定性超過一個(gè)月以上(Jun Xi, Zhaoxin Wu*, et al,Nano Energy,DOI:10.1016/j.nanoen. 2016.06.007)?；谶@種低溫薄膜制備工藝克服了錫基鈣鈦礦成膜的工藝難點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了高效的柔性非鉛鈣鈦礦太陽能電池(Jun Xi, Zhaoxin Wu*, et al,Advanced Materials, 2017. 1606964)。前期在銀納米線透明柔性導(dǎo)電薄膜有重要的成果，實(shí)現(xiàn)方阻10歐姆以下，且透過性大于88%的超薄柔性薄膜(Hua Dong，Zhaoxin Wu*, et al.,ACS Appl. Mater. Interfaces2016, 8, 31212−31221; Yaqiu Jiang, Jun Xi, Zhaoxin Wu* et al.,Langmuir2015, 31: 4950-4957)。這些重要成果為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)超輕質(zhì)高效率的薄膜鈣鈦礦太陽能電池奠定了重要基礎(chǔ)。

參與本項(xiàng)工作的還有美國(guó)華盛頓大學(xué)Alex K.-Y. Jen教授、吉林大學(xué)張立軍教授，得到了科技部國(guó)家重大科學(xué)研究計(jì)劃課題(973)(編號(hào)2013CB328705)及自然基金委面上課題(編號(hào)11574248)的支持。