鈣鈦礦太陽能電池的商用化進程更近一步

: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TaihoPark研究團隊研發(fā)出一種新方法，不僅可以進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-WooKim、GyeonghoKang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&EnvironmentalScience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。空穴傳輸層的作用很關(guān)鍵，因為它不僅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TaihoPark教授說：“我們相信這一研究成果，能夠進一步推進鈣鈦礦材料的應(yīng)用，加速鈣鈦礦太陽能電池的商用化進程。”

原標題:鈣鈦礦型太陽能電池離實用化又近了一步！