工程师消除表面凹陷，生产更高效、更稳定的钙钛矿太阳能电池

Josiah02 · 发表于 2024-7-22 10:43:06

　　香港科技大学工学院的研究团队证实，钙钛矿薄膜的基本构成要素——晶粒表面存在凹陷，并揭示了其对薄膜特性和可靠性的重大影响。
　　基于这一基础科学发现，该团队开创了一种新方法，通过化学消除这些颗粒表面凹陷，使钙钛矿太阳能电池更加高效和稳定。
　　钙钛矿太阳能电池是一项出色的太阳能电池技术，已显示出在电网电力、便携式电源和空间光伏等广泛应用场景中取代现有硅太阳能电池的潜力。
　　它们不仅具有比商用硅电池更高的能量转换效率（PCE），而且在材料成本低、可持续制造以及透明度和颜色多样性方面也具有优势。
　　然而，钙钛矿器件在光、湿度和热机械条件下的长期稳定性仍然是这种有前景的太阳能技术商业化的障碍。
　　针对此问题，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小组从材料微观结构的独特角度进行研究，发现钙钛矿材料晶粒表面存在大量凹陷。
　　这些凹陷破坏了钙钛矿薄膜界面的结构连续性，成为限制钙钛矿电池效率和稳定性的隐藏微结构因素。
　　然后，该团队采取创新措施，利用表面活性剂分子十三氟己烷-1-磺酸钾去除晶粒表面凹陷，以操纵钙钛矿薄膜形成过程中的应变演变和离子扩散。
　　因此，他们的最终钙钛矿电池在标准化热循环、湿热和最大功率点跟踪测试下表现出了效率保持的明显改善。
　　这篇题为《消除晶粒表面凹陷以改善钙钛矿薄膜界面》的文章现已发表在《自然能源》杂志上。这项研究是香港浸会大学和耶鲁大学合作完成的。
　　“单个晶粒的结构和几何形状是钙钛矿半导体和太阳能电池性能的起源。通过揭示晶粒表面凹陷，了解其影响，并利用化学工程来定制其几何形状，我们开创了一种制造钙钛矿太阳能电池的新方法，其效率和稳定性达到了极限，”该研究的通讯作者周教授说。
　　“当我们使用原子力显微镜检查钙钛矿薄膜的结构细节时，我们对钙钛矿颗粒表面的凹陷非常感兴趣。这些凹陷通常埋在薄膜底部下面，很容易被忽视，”他补充道。
　　“微结构对于钙钛矿太阳能电池和其他光电器件至关重要，并且由于钙钛矿材料的有机-无机混合特性，其比传统材料更复杂。
　　“在周教授的指导下，我们能够开发出各种新颖的表征和数据科学方法来深入了解钙钛矿的微观结构，”周教授研究小组的博士生、本文的共同作者张亚兰说。

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