工程师利用首创的手性结构“弹性”界面增强钙钛矿太阳能电池的耐用性

Josiah02 · 发表于 2024-8-12 07:52:07

香港科技大学工学院领导的研究团队在钙钛矿太阳能电池中构建出前所未有的手性结构界面，增强了这种快速发展的太阳能技术的可靠性和能量转换效率，并加速了其商业化。
该团队的研究成果《手性结构异质界面实现耐用钙钛矿太阳能电池》近日发表在《科学》杂志上。
钙钛矿太阳能电池( PSC) 是一种包含钙钛矿结构复合材料的太阳能电池，这种材料生产成本低廉且制造简单。与需要昂贵的高温高真空制造工艺的传统硅太阳能电池不同，钙钛矿可以使用各种印刷技术以低成本轻松制成薄膜。
近年来，PSC 的性能飞速提升，但商业化仍面临重大障碍，特别是在实际条件下的稳定性方面。一个突出的挑战是电池不同层之间的粘合性不足，导致界面可靠性有限。
为了解决这个问题，香港科技大学化学及生物工程学系副教授周元元教授及其研究团队从天然手性材料的机械强度中获得启发，在PSC中构建了前所未有的手性结构界面，从而实现了非常高的可靠性。
该团队在钙钛矿吸收层和电子传输层之间插入了基于 R-/S-甲基苄基铵的手性结构夹层，以形成坚固、有弹性的异质界面。根据国际电工委员会 (IEC) 61215 太阳能电池标准进行测试，封装的太阳能电池在 −40°C 至 85°C 之间经过 200 次循环（持续 1,200 小时）后，仍保持了其初始功率转换效率的 92%。
周媛媛教授研究团队研发的钙钛矿太阳能电池为手机充电的演示。图片来源：香港科技大学
“手性材料的有趣机械特性与其亚基的螺旋堆积有关，这种堆积类似于机械弹簧，”该研究的第一作者、现任香港科技大学 CBE 系研究助理教授、前研究资助局博士后研究员的段天伟博士说。
她补充道：“在关键的设备界面处加入手性结构中间层，使得钙钛矿太阳能电池在机械上更加耐用，并且在各种运行状态下适应性更强。”
“这确实为钙钛矿太阳能电池的商业化带来了曙光。鉴于这些电池的高效率，如果我们最终能够克服可靠性问题，数十亿美元的能源市场将会被看到。”周教授说。
这一突破为太阳能的未来带来了巨大的希望。由于可靠性和能量转换效率的提高，未来的钙钛矿太阳能电池板在各种天气条件下的可靠性将更高，确保长时间持续发电。
该论文由段博士（第一作者）和周教授（第一通讯作者）以及来自美国国家可再生能源实验室、香港浸会大学和耶鲁大学的合作者共同撰写。
更多信息： Tianwei Duan 等人，手性结构异质界面使钙钛矿太阳能电池更加耐用，Science (2024)。DOI ：10.1126/science.ado5172
期刊信息： Science

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