韩礼元课题组在大面积钙钛矿太阳能电池模块领域再获新突破

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高效且稳定的钙钛矿太阳能电池模块是实现该类新型光伏技术产业化的基石，也是当前国际科技和产业竞争的焦点和难点。近日，上海交通大学韩礼元教授团队在Cell Press旗下的知名期刊《Joule》上发表题为“Efficient Perovskite Solar Cell Modules with High Stability Enabled by Iodide Diffusion Barriers”的学术论文。韩礼元教授和杨旭东教授为论文共同通讯作者，毕恩兵博士、博士生唐文涛、陈汉教授为共同第一作者。2017年该团队制备了具有认证效率的钙钛矿太阳能电池模块(Nature, 2017, 550, 92)。半个月前，该团队在钙钛矿器件稳定性上再下一城，构建稳定异质结结构，为提升器件稳定性提供了全新的思路(Science, 2015, 350, 944)。此次成果结合模块制备基础和全新的稳定性理论，通过器件结构设计，制备了高效稳定的钙钛矿太阳能电池模块。

高效率钙钛矿太阳能电池模块因具有不同于小面积电池的特有器件结构，存在更为复杂的光电性能衰减过程，稳定性低于小面积电池。如何实现大面积高效且稳定的钙钛矿太阳能电池模块，成为阻碍该类新型光伏技术产业化的重要瓶颈问题。高效钙钛矿太阳能电池模块中，存在结构复杂的电池连接区，并利用该结构将子电池串联在一起。在传统方法所制备的模块结构中，连接区钙钛矿薄膜会接触到金属电极和空气而发生材料腐蚀和分解问题，且同时存在电子和空穴传输层接触导致电荷复合损失的问题。

图一（A）钙钛矿电池模块中材料腐蚀和分解过程、界面载流子的传输和复合过程的示意图；(B-D) 0维、1维、2维的扩散阻隔层材料示意图；(E-G) 采用0维、1维、2维扩散阻隔层的器件元素分布。

韩礼元教授团队重新设计了模块连接区结构，构建了由可低温制备的低维材料来形成的扩散阻隔层。该结构可有效抑制材料的腐蚀和分解，以及抑制界面电荷复合，最终实现了高效稳定的钙钛矿太阳能电池模块。通过国际公认光伏认证机构测试，在面积36cm2的模块器件上获得14.2%的认证效率。该模块在85℃加热1000小时后，仍然保持着95% 以上的初始光电转换效率，且在一个标准太阳光（AM 1.5G，100mw/cm2）光照1000小时后仍保持初始效率的91%。

这项工作通过模块器件结构设计，有效提高了大面积高效钙钛矿太阳能电池模块器件的稳定性，在推动该类低成本光伏技术的大规模应用上迈出了重要一步，对未来产业化具有十分重要的意义。

论文链接：https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(19)30374-5

韩礼元，日本国立物质材料研究所研究员，上海交通大学教授。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。