新型鈣鈦礦太陽能電池：低成本、高穩定性！

導讀

韓國蔚山科學技術大學又帶來了一項關於鈣鈦礦太陽能電池的創新研究進展，它展示了一種高穩定性鈣鈦礦太陽能電池（PSCs），採用的是「邊-選擇性」氟功能化石墨烯納米片（EFGnPs）材料。

關鍵字

太陽能、鈣鈦礦、材料、電池

背景

在效率方面，鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）具有超越硅太陽能電池的潛力。它作為下一代太陽能電池，過去幾年吸引了更多的關注。為此，筆者也介紹過幾項有關的創新研究進展。

• 日本沖繩科學技術大學院大學（OIST）的創新研究：他們給太陽能電池添加了一層聚合物，防止氧化鈦層和鈣鈦礦層之間的直接接觸，有效地保護了鈣鈦礦結構，延長了鈣鈦礦太陽能電池的壽命。

（圖片來源：美國化學會）

• 美國斯坦福大學的研究團隊受到昆蟲複眼啟發，將微型鈣鈦礦太陽能電池單元組織在一起，形成一種蜂窩狀結構，防止鈣鈦礦材料受到濕、熱或者機械應力影響時性能出現退化，提高了鈣鈦礦太陽能電池的穩定性和耐用性。

（圖片來源：Dauskardt Lab/斯坦福大學）

• 韓國蔚山國立科技研究所（UNIST）的一項研究，發明了一種製造無機-有機混合物鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）的新型低成本方案，創造了新的世界紀錄：轉換效率在小型電池中達22.1%，在1平方厘米的電池中達19.7%。這項技術的關鍵在於，它能夠修復「鈣鈦礦-鹵化物」中的主要缺陷，這些缺陷會降低光電轉換效率。

（圖片來源：UNIST）

效率，穩定性、耐用性、成本問題成為了PSCs 進一步商業化的關鍵障礙，以上介紹的這些創新研究案例旨在解決這些問題。

創新

鈣鈦礦材料還存在另外一個問題：在潮濕的環境中很容易分解。如果沒有適當的封裝，它們一天也無法生存。所以從穩定性和成本的角度出發，韓國蔚山科學技術大學（UNIST）的又帶來了一項關於鈣鈦礦太陽能電池的創新研究進展。

他們展示了一種高穩定性鈣鈦礦太陽能電池（PSCs），採用的是「邊-選擇性」（edged-selectively）氟功能化石墨烯納米片（EFGnPs）材料。這項研究進展非常重要，因為電池是由氟製成，它是黃金的一種低成本替代品。

（圖片來源：UNIST）

這項研究由 UNIST 能源與化學工程學院的教授 Jin Young Kim 領導，與韓國能源研究所（KIET）的
Dong Suk Kim 合作開發。UNIST 能源與化學工程學院的助理教授 Gi-Hwan Kim 作為論文領導作者，也參與了這項研究。這項研究發表於《納米快報》（Nano Letters）雜誌的9月刊。

（圖片來源：UNIST）

技術

為了提高穩定性，降低成本，推進PSCs的進一步商業化，Kim 教授和他的團隊通過使用氟功能化的EFGnPs材料，全面覆蓋鈣鈦礦活性層，為PSCs引進了一種高度穩定的 p-i-n 結構，並且防止水進入高度穩定的PSCs。

（圖片來源：UNIST）

UNIST 教授 Gwi-Hwan Kim 表示：

「氟碳化合物，例如聚四氟乙烯（Teflon），以超疏水的特性而著稱，並且由碳-氟（C-F）鍵組成。我們通過用碳代替氟，創造出一種具有高度疏水性的二維材料，就像Teflon。然後，將它應用於PSCs。 」

新開發的鈣鈦礦太陽能電池通過溶液處理加工，這種工藝包含了為鈣鈦礦材料塗上柔性薄膜。使用這種工藝，未來可以帶來從太陽能電池到可穿戴設備的各種應用。

價值

Jin Young Kim 教授表示：

「這項研究克服了高效率的鈣鈦礦太陽能電池低穩定性的弱點。該突破非常有望作為下一代太陽能電池以及各種物聯網（IoT）設備和顯示器的基礎性技術。」

相對於現有的硅基無機電子設備，下一代的太陽能電池的優越之處就在於製造工藝簡單和製造成本低。

參考資料

【1】http://news.unist.ac.kr/unist-researchers-develop-highly-stable-perovskite-solar-cells/

【2】Gi-Hwan Kim, Hyungsu Jang, Yung Jin Yoon, Jaeki Jeong, Song Yi Park,
Bright Walker, In-Yup Jeon, Yimhyun Jo, Hyun Yoon, Minjin Kim, Jong-Beom
Baek, Dong Suk Kim, Jin Young Kim. Fluorine Functionalized Graphene Nano Platelets for Highly Stable Inverted Perovskite Solar Cells. Nano Letters, 2017; 17 (10): 6385 DOI: 10.1021/acs.nanolett.7b03225

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