【新思路】鈣鈦礦型太陽能電池離實(shí)用化又近了一步

雖然鈣鈦礦型太陽能電池被寄予厚望成為新一代更加實(shí)用的太陽能電池，但是它有一個很大的軟肋——怕水，在潮濕環(huán)境下性能很差。最近，韓國浦項科技大學(xué)研究團(tuán)隊的研究成果為解決這一問題開辟了新的思路，使鈣鈦礦的實(shí)用化又近了一步。

　　眾所周知，太陽能是目前最為清潔的可持續(xù)能源之一，逐漸成為替代石油燃料的重要能源。具有優(yōu)異的光學(xué)和電子特性的有機(jī)金屬鹵化物鈣鈦礦，在眾多太陽能電池材料中脫穎而出，受到了科學(xué)家們的廣泛關(guān)注。目前，鈣鈦礦太陽能電池已經(jīng)將光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）從2009年的3%提高到了現(xiàn)在的22%。雖然鈣鈦礦被視為極具潛力的下一代太陽能電池材料，但是，它存在一個嚴(yán)重的短板需要克服鈣鈦礦材料怕水，其穩(wěn)定性和性能會在潮濕的環(huán)境下迅速降低。

　　最近，韓國浦項科技大學(xué)（POSTECH）的Taiho Park研究團(tuán)隊研發(fā)出一種新方法，不僅可以進(jìn)一步提高鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率，還能提高它在潮濕環(huán)境下的穩(wěn)定性。Park和他的學(xué)生Guan-Woo Kim、Gyeongho Kang共同設(shè)計了一種疏水的導(dǎo)電聚合物材料，無需添加劑就能獲得很高的空穴遷移率，很容易吸收空氣中的水分。近日，他們在Energy & Environmental Science雜志中發(fā)表了一篇文章報道該研究成果。

　　通常，鈣鈦礦太陽能電池包括一個透明電極，導(dǎo)電層，鈣鈦礦，空穴傳輸層和一個金屬電極?？昭▊鬏攲拥淖饔煤荜P(guān)鍵，因?yàn)樗粌H需要將空穴傳輸給電極，還需要防止鈣鈦礦接觸到空氣。Spiro-MeOTAD是常用的空穴傳輸層材料，由于其本身的空穴遷移率不高，需要添加劑才能使用。然而，常用的添加劑之一——雙（三氟甲烷）磺酸亞胺鋰（LiTFSI），會吸收空氣中的水分。另外，Spiro-MeOTAD會形成一個弱親水層，很容易吸收水分，因此不能起到隔絕濕度的作用。

　　Park的研究團(tuán)隊將主要精力集中于研發(fā)無添加劑（無摻雜）的聚合物型空穴傳輸層。研究人員通過結(jié)合苯并二噻吩（BDT）和苯并噻二唑（BT）的方法，設(shè)計并合成了一種疏水的導(dǎo)電聚合物材料。由于這種新型聚合物具有正面取向，提高了空穴的垂直電荷傳輸，從而實(shí)現(xiàn)了無添加劑下的高空穴遷移率。

　　Park和他的同事們指出，具有這種新型聚合物的鈣鈦礦太陽能電池具有高達(dá)17。3%的光電轉(zhuǎn)換率，其穩(wěn)定性也大大提高了——在濕度75%的環(huán)境下工作1400多小時（近2個月），仍能一直保持高的光電轉(zhuǎn)換效率。

　　浦項科技大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院的Taiho Park教授說“我們相信這一研究成果，能夠進(jìn)一步推進(jìn)鈣鈦礦材料的應(yīng)用，加速鈣鈦礦太陽能電池的商用化進(jìn)程。”