北理工團(tuán)隊(duì)在全印刷鈣鈦礦模組研究中取得重要進(jìn)展
發(fā)布日期:2025-11-13 供稿:材料學(xué)院 攝影:材料學(xué)院
編輯:劉曉雪 審核:程興旺 閱讀次數(shù):
近日,北京理工大學(xué)材料學(xué)院白陽(yáng)副教授和北京航空航天大學(xué)陳海寧教授,北京大學(xué)楊世和教授團(tuán)隊(duì)合作在《Nature Photonics》發(fā)表研究成果,題為“Vapour-assisted surface treatment for highly stable fully printed carbon-electrode perovskite solar modules”。
鈣鈦礦太陽(yáng)能電池模組的運(yùn)行穩(wěn)定性通常低于小尺寸器件,是其實(shí)際應(yīng)用面臨的主要挑戰(zhàn)??捎∷⑻茧姌O因具備高穩(wěn)定性和低成本優(yōu)勢(shì),被認(rèn)為是提升全印刷鈣鈦礦電池模組穩(wěn)定性的理想途徑。研究利用體積小、沸點(diǎn)低分子,開(kāi)發(fā)了一種可放大的蒸汽后處理工藝,有效減少了非輻射復(fù)合損失,并促進(jìn)了電荷的傳輸與提取。通過(guò)這種方法制備出的全印刷的碳電極鈣鈦礦太陽(yáng)模組(效面積約為50 cm2),光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到20.41%。同時(shí),該策略顯著提升了模組的穩(wěn)定性,為碳電極鈣鈦礦太陽(yáng)能模組的商業(yè)化放大奠定了基礎(chǔ)。

研究首先發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)碳電極鈣鈦礦模組空穴傳輸性能低導(dǎo)致的填充因子偏低、效率受限。為此,提出了通過(guò)引入碳納米管/P3HT的混合傳輸層,增強(qiáng)電荷傳輸并顯著提升器件性能,并開(kāi)發(fā)了全印刷碳電極鈣鈦礦太陽(yáng)能模組的制備工藝。

進(jìn)一步,研究提出了一種基于含氟苯硫醇分子的蒸汽輔助鈍化策略。通過(guò)S–Pb配位和F–H氫鍵作用,有效修復(fù)表面缺陷、抑制離子遷移,顯著提升了材料的穩(wěn)定性與載流子傳輸性能。

研究重點(diǎn)評(píng)估了蒸汽輔助鈍化對(duì)碳電極鈣鈦礦模組性能的影響。處理后的模組實(shí)現(xiàn)了20.41%的光電轉(zhuǎn)換效率,顯著優(yōu)于未處理器件。穩(wěn)定性方面,未經(jīng)封裝的模組在85 °C氮?dú)猸h(huán)境下老化4800 h仍保持85%初始效率,在1 sun連續(xù)光照下持續(xù)輸出1020 h性能幾乎無(wú)衰減,且在85 °C/85%濕熱環(huán)境下老化2280 h后仍保持84%效率,展現(xiàn)出優(yōu)異的熱光穩(wěn)定性與應(yīng)用潛力。
本研究提出了一種可規(guī)?;恼羝o助處理策略,實(shí)現(xiàn)了高穩(wěn)定性、高效率的全印刷碳電極鈣鈦礦光伏模組。該方法工藝簡(jiǎn)便、兼容性強(qiáng),適用于大面積制備與工業(yè)化生產(chǎn),顯著提升了模組在長(zhǎng)期運(yùn)行與惡劣環(huán)境下的可靠性。研究成果為鈣鈦礦光伏模組的低成本制造、商業(yè)化應(yīng)用和清潔能源技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展提供了新的技術(shù)路徑與實(shí)踐基礎(chǔ)。
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