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《中国科研团队创新钙钛矿光伏材料制备工艺》

  • 来源专题：能源情报网信息监测服务平台
  • 编译者： guokm
  • 发布时间：2021-03-28

  • 记者26日从西北工业大学获悉，科研团队研究出以一种多功能的离子液体作为溶剂，替代传统有毒有机溶剂，制备钙钛矿光伏材料，具有稳定性高、制备工艺简单等优势。相关研究成果解决了传统钙钛矿光伏材料制备中的世界性难题，实现了光伏领域重大突破。

    目前，全球以“光伏”为代表的可再生能源产业链驶入发展快车道。其中，钙钛矿光伏“功不可没”，相比传统太阳能电池板中使用的硅晶体，其不仅更便宜、更轻薄、可变型，同时成本也更低廉、更环保。

    但钙钛矿光伏材料研究存在许多“痛点”。例如，以甲脒基钙钛矿为代表的钙钛矿光伏材料非常“敏感”，制约了其量产。

    中国科学院院士黄维团队致力于钙钛矿光伏材料研究，通过原始创新，解决材料不稳定、光电转化率不高、工艺制备复杂且污染性较高等“卡脖子”难题。团队将研究焦点集中在钙钛矿光伏材料的制备工艺上。

    据介绍，要解决制备工艺的问题，首先要寻找到一种环境友好、物理化学性质稳定、可调和的溶剂，而离子液体溶剂便符合这些条件。将离子液体溶剂引入制备过程后，钙钛矿光伏材料的制备过程变得非常简单，且整个过程完全可以在室温、空气中和高湿度的环境下进行，制备的钙钛矿材料稳定性和光电转化率都大大增加。

    “离子液体就像是草原上的‘牧羊犬’，在‘羊群’，也就是钙钛矿的分子成分中起到发号施令、排兵布阵的作用，稳定队形后便无声退出。这个新队形就是我们想要得到的钙钛矿电池的稳定性。”西北工业大学博士研究生晁凌锋说。

    该成果实现了功能导向、择优设计、绿色无毒、稳定高效的离子液体钙钛矿光伏制备技术，为钙钛矿太阳能电池的大规模生产利用创造了前提条件。

    “未来，沙漠腹地、楼宇外墙、手机等都不再需要传统电池，只需要一块更低廉、更清洁，薄如纸张的钙钛矿太阳能电池就能够满足所需。同时，还可以应用在柔性可穿戴、航天器搭载等重要领域。”晁凌锋说。

  • 原文来源：https://solar.in-en.com/
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  • 《华理钙钛矿太阳能电池空穴传输材料研究新成果》
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    • 编译者：冯瑞华
    • 发布时间：2018-07-18
    • 华东理工大学化学与分子工程学院吴永真特聘教授和朱为宏教授在钙钛矿太阳能电池空穴传输材料 （HTMs） 领域取得进展，相关研究工作 “ Low cost and stable quinoxaline-based hole-transporting materials with a D–A–D molecular configuration for efficient perovskite solar cells ” 被国际知名化学期刊《 Chemical Science 》在线报道。 钙钛矿太阳能电池的空穴传输层能够促进光生电荷的提取和收集，并保护吸光层。目前，钙钛矿太阳能电池器件中常用的 HTM 是 2,2',7,7'- 四 [N,N- 二 (4- 甲氧基苯基 ) 氨基 ]-9,9'- 螺二芴 (spiro-OMeTAD) ，其昂贵的成本是制约钙钛矿太阳能电池实际应用的瓶颈之一。部分研究工作表明，将复杂的螺芴核替换成简单的 π 桥连，构建给体 -π 桥连 - 给体 (D-π-D) 型 HTM ，可以简化合成路线，降低成本。然而， π 桥连的富电子性会抬高分子 HOMO 能级，降低其本征稳定性。研究人员通过引入弱吸电子的喹喔啉单元，构建给体 - 受体 - 给体 (D-A-D) 型 HTM ，合理调控 HTM 的 HOMO 能级，优化钙钛矿太阳能电池器件界面能带排布。与spiro-OMeTAD 相比，这种 D-A-D 型的 HTM 分子具有更好的光稳定性，热分解温度提升了 30 o C ，合成成本降低了 30 倍。以噻吩取代的 HTM 分子 TQ2 制备的钙钛矿太阳能电池器件取得了 19.62% 的光电转换效率，优于参比化合物 spiro-OMeTAD(18.54%) 以及苯环取代的 HTM 分子 TQ1(14.27%) 。荧光寿命表征以及导电率测试表明噻吩取代的 HTM 分子有更好的空穴提取和传输能力。进一步通过单晶分析发现 TQ2 分子间存在 S---S 以及 S---π 相互作用，缩短了分子间三苯胺单元的距离，增加了空穴传输通道。该工作为设计低成本、高性能的钙钛矿太阳能电池空穴传输层提供了新思路。 该论文由博士生张浩在朱为宏教授和吴永真特聘教授的共同指导下完成，得到了田禾院士的悉心指导。相关工作得到了基金委创新研究群体项目、国家自然科学基金重点项目、上海市东方学者人才计划、中国化学会“青年人才托举工程”和中央高校基本科研专项资金等科研项目的资助。
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