韩礼元、陈汉团队在高效稳定钙钛矿太阳能电池模块研究方面取得新进展

tiankong

近日，上海交通大学材料科学与工程学院金属基复合材料国家重点实验室韩礼元教授、陈汉副教授团队在高效稳定大面积模块研究方面取得重要进展，相关论文“A Scalable Integrated Dopant-Free Heterostructure to Stabilize Perovskite Solar Cell Modules” 以上海交通大学为第一单位发表于国际能源领域旗舰期刊《Advanced Energy Materials》(影响因子：25.245)。
       此次，该团队延续在高效稳定性大面积钙钛矿电池上的进展 (Nature 2017, 550, 92–95; Joule 2019, 3, 1–3;  Advanced Energy Materials. 2020, 1903487)，选用带有不同官能团的硅氧烷，在钙钛矿表面构建了覆盖性优良的桥接氧化石墨烯（BJ-GO）超薄纳米片层，通过配位键钝化钙钛矿表面铅缺陷，通过紧凑的二维网络在物理上抑制了卤素离子的迁移，从而保证了空穴传输层稳定的p型半导体性质与空穴提取及传输能力。

图1.可扩展BJ-GO薄膜表征(a) 钙钛矿表面TEOS-GO、MPTES-GO和APTES-GO层示意图；(b)其在钙钛矿表面的SEM图像

        进一步地，研究者制备了可规模化的无掺杂异质结，该结构由富碘表面的无甲铵钙钛矿吸光层、桥连的超薄BJ-GO纳米片中间层以及无掺杂的空穴传输层组成。最终，采用这种无掺杂异质结的大面积钙钛矿电池模组 (35.80 cm2) 获得15.3%的第三方认证光电转换效率。 封装的钙钛矿模块经过1000小时的85oC和85%相对湿度的湿热试验后，其效率仍旧保持初始效率的91%以上；且在最大功率点连续光照1000小时后，相对初始效率也保有90％以上。本研究为可扩展界面工程提出了一种新的二维网络策略，并为稳定的钙钛矿电池进一步铺垫了道路。

图2基于无掺杂异质结的模块性能(a-b)模块示意图；(c-d)对照组模块和BJ-GO模块的I-V特性；(e-f)封装模块稳定性表征

       本论文的第一作者是材料学院2018级硕士生沙勇明，通讯作者为陈汉副教授和上海黎元新能源科技有限公司毕恩兵博士。该工作得到了国家重点研究开发计划 (2018YFB1500104)，上海市自然科学基金 (17ZR1414800、20ZR1424900)，国家自然科学基金 (11574199, 11674219、11834011、51902198)，国家创新人才博士后计划 (BX201700302)，国家博士后基金会 (2018M640388) 和包头-上海交大创新引导基金 (17H100000514)。
       论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202003301


      文章来源：上海交通大学
      韩礼元，日本国立物质材料研究所研究员，上海交通大学讲席教授。1988年博士毕业于日本大阪府立大学应用化学专业；1990-1993年，日本Dainippon Ink & Chemicals Inc公司助理研究员；1993—2008年，夏普公司研究所负责染料敏化太阳能电池的研究开发；2008年—至今，日本物材研究所下一代太阳能电池中心主任。
        陈汉，上海交通大学副教授。2004 年毕业于西安理工大学应用化学专业，并获得 2004 年陕西省优秀毕业生。之后在深圳富士康科技集团作为电镀工程师工作工作一年，后由国内导师和日本福井大学青木幸一教授推荐前往日本福井大学深造，并于 2005 年获得电化学硕士学位，之后于 2010 年 9月获日本福井大学博士学位，导师青木幸一，专业是电化学，研究方向为导电高分子合成，电化学测定和分析。在留学期间，获得日本文部省留学生学习奖励奖学金和日本平和中岛财团奖学金。2010 年 10月至 2011 年 10 月，在日本国立物质材料研究机构（NIMS）做博士后，曾参与了日本国家研究基金 Core Research for Evolutional Science and Technology （CREST） 项目，主要负责高效率染料敏化太阳电池的制作和机理分析，成功的获得了目前世界公认的染料敏化太阳电池最高效率 11.4%。 2011 年 12 月，获得上海交通大学人才引进基金的支持，继续从事染料敏化太阳电池的研究。本人现在主要从事染料敏化太阳电池的机理性研究，比如 TiO2 薄膜上的光电子传输，TiO2 薄膜上的电子费米能级，以及不同电解液添加物对太阳电池性能的影响研究；设计开发新的染料敏化太阳电池构造及其电池性能和反应机理；合成并通过电化学分析方法测定导电高分子材料。