王植平教授课题组在提高氧化镍基钙钛矿太阳能电池紫外稳定性方面取得突破性进展

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近日，Nano Energy （《纳米能源》）在线发表了我院王植平教授课题组有关增强氧化镍基钙钛矿太阳能电池紫外稳定性的最新研究成果。论文题为“Inverted planar heterojunction perovskite solar cells with high ultraviolet stability” （《具有高紫外稳定性的倒置平面异质结钙钛矿太阳电池》）。论文第一单位为武汉大学物理科学与技术学院。我院2020级博士研究生朱雪良为第一作者，王植平教授为通讯作者。

图1. 未封装器件在紫外光持续照射下的最大功率点追踪

         钙钛矿光伏的长期工作稳定性是领域内的研究热点之一。在光伏组件使用过程中，太阳光中的高能紫外光子会造成器件的性能衰减（UV-ID）。IEC国际测试标准对晶硅组件的UV-ID有严格的测试流程，但是钙钛矿在紫外辐照下的变化尚不明确。理解钙钛矿器件在高剂量紫外辐照老化下的衰减机制和研究相应的抑制方法十分重要。
        该工作研究了氧化镍（NiO）基倒置钙钛矿太阳能电池的长期运行稳定性，重点是紫外线稳定性。NiO具有优异的化学稳定性、高载流子迁移率以及可低成本大规模制造等优点，被广泛应用于钙钛矿器件中的空穴抽取层。然而，该研究发现在NiO/钙钛矿界面处发生强烈的紫外线诱导脱质子作用，会在氧化镍-钙钛矿界面附近产生空洞/空位，并会引起浅能级缺陷的形成和强烈的离子移动现象。研究人员探索了一系列分子的钝化方法来改善这种UV-ID现象，包括聚合物PTAA、[2-（3,6-二甲氧基-9H-咔唑-9-基）乙基]膦酸（MeO-2PACz）和[2-（9H-咔唑-9-乙基）乙基]磷酸（2PACz）自组装单层（SAM）。经过2PACz修饰的器件效率大幅提高，最高可达22.4%，重要的是未封装的器件表现出极其优异的紫外线稳定性，在35 kWh/m2的高强度的紫外线照射下连续运行70小时后仍保持91%的初始效率。同时，我们也进行了AM1.5G光照下的长期稳定性测试，发现设备在持续工作2000小时后仍然保持初始效率的82 %。
       该工作得到了国家自然科学基金资金的资助。
       文章链接：‍https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2022.107849


      文章来源：武汉大学
      王植平，男，武汉大学物理科学与技术学院教授、博士生导师。主要研究方向包括高效光电器件的设计与制备、新能源材料的合成与缺陷态调控、异质结的界面反应与电荷传输的机理研究等。在钙钛矿太阳能电池稳定性、器件结构设计以及新型电荷传输层材料制备等方向开展了较为系统深入的研究。在Science, Nature, Nature Energy、Advanced Materials、JACS、Energy & Environmental Science等国际重要期刊发表SCI论文40余篇。