【最新科研】在钙钛矿太阳能电池稳定性研究获新进展

张明 2025-03-11

在钙钛矿太阳能电池稳定性研究获新进展

近日，ADVANCED ENERGY MATERIALS (《先进能源材料》)在线发表了武汉大学物理科学院与技术学院王植平教授课题组关于反式钙钛矿太阳能电池稳定性方面的最新研究成果。论文题目为“Minimizing DMSO Residues in Perovskite Films for Efficient and Long-Term Stable Solar Cells” （《最小化钙钛矿薄膜中的DMSO残留物以用于高效和长期稳定的太阳能电池》）。武汉大学物理科学与技术学院博士研究生莫康伟为第一作者，武汉大学王植平教授为论文的通讯作者，武汉大学林乾乾教授为论文的共同作者，武汉大学为第一署名单位。

金属卤化物钙钛矿太阳能电池的快速发展，已经成为了光伏领域的有力竞争者，其光电转换效率已经突破的26.7%。然而器件的稳定性是阻碍其实际应用的一大障碍。值得注意的是，钙钛矿领域常用的溶剂二甲基亚砜（DMSO），具有高古特曼常数（D_N），这使得DMSO与Pb²⁺之间产生很强的相互作用。这种相互作用在钙钛矿结晶的过程中有利于改善钙钛矿薄膜的结晶质量与形貌，从而改善钙钛矿太阳能电池的性能。但是近期有研究工作表明，由于DMSO与Pb²⁺之间具有强的相互作用，在结晶完成之后，DMSO难以从钙钛矿薄膜中完全去除。DMSO后期的挥发会导致钙钛矿薄膜中产生缺陷和孔洞。这种缺陷和孔洞不利于钙钛矿薄膜的稳定，会严重的降低钙钛矿太阳能电池器件的长期运行稳定性。

在这项研究中，研究者们发现通过向钙钛矿前驱体溶液中引入了小分不饱和单体添加剂丙烯酸乙酯（EA）。它既具有小分子易溶解与移动的特性，在完成原位聚合后也具有聚合物的稳定性。在钙钛矿前驱体溶液中，单体小分子状态的EA与Pb²⁺之间具有相互作用，也与DMSO之间具有相互作用，促进了DMSO与Pb²⁺之间的解离。同时EA具有低沸点，这些都有利于DMSO在钙钛矿结晶的过程中去除，改善了钙钛矿的结晶，降低了薄膜中的缺陷与孔洞。钙钛矿结晶完成之后，原位聚合生成了聚丙烯酸乙酯（poly-EA），poly-EA是具有疏水性的聚合物，在钙钛矿薄膜的表面有利于阻挡水分子的侵袭，同时侧链上的氧原子与Pb²⁺之间的相互作用可以进一步钝化薄膜中的缺陷。这种兼具小分子与聚合物特性的添加剂使得小面积器件的光电转换效率（PCE）达到了25.4%，15 cm²钙钛矿太阳能电池mini-模组的PCE达到了20.3%。同时，器件在55-60%RH以及AM1.5G光照下的长期稳定性测试中，T₈₀达到了1800h。

该工作得到了国家自然科学基金资金的资助。

文章链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202404538

内容来源：武汉大学

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