中科院發(fā)明可“自愈”的第三代太陽能電池：光電轉(zhuǎn)換效率超25%

近期，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所能源材料與器件制造研究部研究員胡林華課題組與國外科研人員合作，實現(xiàn)了鈣鈦礦太陽電池自修復(fù)，相關(guān)成果發(fā)表在Journal of Energy Chemistry上。

鈣鈦礦型太陽能電池，是利用鈣鈦礦型的有機金屬鹵化物半導(dǎo)體作為吸光材料的太陽能電池，屬于第三代太陽能電池，也稱作新概念太陽能電池。

近年來，鈣鈦礦材料因其優(yōu)異的光電性能，成為光電器件領(lǐng)域中具有應(yīng)用前景的光電材料之一。

目前鈣鈦礦太陽電池光電轉(zhuǎn)換效率已達25.5%，但是鈣鈦礦材料對輻射、濕度等敏感，暴露在大氣條件下容易降解，嚴重影響其使用。

鈣鈦礦太陽電池在空氣環(huán)境中工作時，水分是導(dǎo)致其分解的關(guān)鍵因素之一。鑒于此，研究人員將聚乙烯吡咯烷酮引入鈣鈦礦吸光材料，使得制作的太陽電池具有較強的自修復(fù)功能，濕度穩(wěn)定性得到明顯提升。

含有（a）和不含（b）聚乙烯吡咯烷酮的薄膜，顯示了水蒸氣噴涂60秒后，自修復(fù)30秒后的狀態(tài)變化

聚乙烯吡咯烷酮是一種長鏈絕緣聚合物，具有高密度的極性羰基，將其引入太陽電池中，可以包裹MAPbI3，形成疏水“屏障”，阻止水分子的入侵。

它還能與甲胺離子(MA )的-NH2基團形成氫鍵相互作用，抑制甲胺的分解和揮發(fā)，從而提高電池“自愈”能力。

鈣鈦礦薄膜自修復(fù)過程示意圖

此外，聚乙烯吡咯烷酮能夠與碘甲胺形成中間絡(luò)合物，抑制鈣鈦礦晶體的成核速度。聚乙烯吡咯烷酮的引入，實現(xiàn)了電池多次自修復(fù)，顯著提升了電池的工作壽命，并使得鈣鈦礦薄膜缺陷減少，晶粒增大，提高了電池的光電轉(zhuǎn)化效率。

研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、中科院“西部之光”人才培養(yǎng)計劃項目以及“歐洲地平線2020”計劃項目的支持。