《Advanced Energy Materials》刊登方国家教授团队钙钛矿电池研究新成果

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3月28日，Wiley 旗下的能源旗舰期刊Advanced Energy Materials 在线发表了物理科学与技术学院方国家教授团队有关钙钛矿太阳能电池研究的重要研究进展。论文题为“Internal Encapsulation for Lead Halide Perovskite Films for Efficient and Very Stable Solar Cells”（《内封装铅卤钙钛矿薄膜制备高效稳定的太阳能电池》）。
        物理科学与技术学院助理研究员葛艳松为论文第一作者，物理科学与技术学院方国家教授、陶晨研究员、柯维俊教授为共同通讯作者，武汉大学物理科学与技术学院/人工微结构教育部重点实验室为论文的唯一署名单位。

        在提倡“碳达峰、碳中和”理念的今天，光伏产业得到了蓬勃的发展，作为新生代的第三代太阳能电池——钙钛矿太阳能电池，经过数十年的发展，目前单结电池最高认证光电转换效率已经高达25.7%，这一光电转换效率已经让研究者看到了钙钛矿电池商业化应用的曙光，然而钙钛矿电池的稳定性问题却一直制约着钙钛矿电池的商业化应用。
       传统的外部封装技术作为一种直接的工艺手段，可一定程度地阻隔空气中的水氧从而提高钙钛矿电池的环境稳定性。然而由电池内部的缺陷、离子迁移和扩散导致的不可逆光降解是传统外部封装所不能解决的。因此本文提出了一种具有双界面修饰的内封装策略，全方位地钝化缺陷和减少离子迁移通道来抑制碘离子迁移。即一方面在二氧化锡电子传输层表面旋涂一层氯化铌然后低温退火形成含氯的五氧化二铌。含氯的五氧化二铌不仅能为钙钛矿吸光层与二氧化锡电子传输层提供一个更好的能级阶梯结构；同时氯能与钙钛矿下界面未配位的铅相互作用成键，钝化钙钛矿下界面缺陷形成更贯穿更大的钙钛矿晶粒；还可以减少钙钛矿体相和表面的残余碘化铅，从而实现钙钛矿的底层封装。另一方面再在钙钛矿表面旋涂一层正丁基溴化铵形成二维钙钛矿，进一步减少表面缺陷和残余碘化铅，从而同时实现对钙钛矿的顶层封装。通过器件优化，最终获得24%的光电转换效率，同时器件在经过1000小时最大功率跟踪测试（55℃温度下持续光照）后仍能保持88%的初始效率。  
        这一内封装方式丰富了钙钛矿太阳能电池的封装策略，为制备高效稳定的钙钛矿太阳能电池提供了一种新思路。该研究得到了科技部、国家自然科学基金委、湖北省科技厅等项目的资助。  
       文章链接：https://doi.org/10.1002/aenm.202200361


       文章来源：武汉大学
        方国家教授，武汉大学物理科学与技术学院电子科学与技术系主任，博士生导师。享受湖北省政府专项津贴，湖北省高校跨世纪学科带头人，湖北省新世纪高层次人才工程。在AFM、JMC、EDL、APL等国际重要刊物发表SCI论文一百余篇。现为国际信息显示器协会(SID)会员、《真空科学与技术学报》编委。《物理学报》等重要学术杂志的特邀审稿人。