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《Advanced Functional Materials》《NANOSCALE》刊登趙興中教授課題組系列成果

來源:MG娱乐官网  發布時間:2016-09-14 14:43:05 點擊次數:

我院趙興中教授課題組在基于碳電極的廉價、穩定、高效無空穴傳輸層型鈣鈦礦電池的研究上取得了重要進展,為鈣鈦礦電池器件的實用化發展提供了重要的思路。主要成果包括1篇《Advanced Functional Materials》,1篇《Nanoscale》以及3篇《Journal of Power Source》等文章。該工作得到了國家自然科學基金委和科技部973及納米專項的支持。

趙興中教授課題組與校友、美國托萊多大學鄢炎發教授合作,于2016年5月20日在Advanced Functional Materials (先進功能材料)在線發表(Adv. Funct. Mater., 26: 4866–4873. doi:10.1002/adfm.201504564)。武漢大學物理學院為第一署名單位,我院2013級博士生余楨華同學為第一作者。該成果題為“Stable Organic–Inorganic Perovskite Solar Cells without Hole-Conductor Layer Achieved via Cell Structure Design and Contact Engineering”《通過電池結構設計和界面工程技術得到的穩定的無空穴傳輸層型鈣鈦礦電池》,

鈣鈦礦電池在最近的短短幾年之內轉化效率迅猛發展,目前單節電池認證效率已經超過22%,已經超過市場最大占有額的多晶硅電池,直逼單晶硅電池和GaAs等薄膜電池。不僅如此MaPbI3等鈣鈦礦材料在光催化、發光器件、光敏探測器、激光器等領域也有極大的應用前景,因而基于鈣鈦礦材料的光電功能器件尤其是鈣鈦礦太陽能電池的研究成為了全世界研究者共同關注的重大課題。

然而與其令人驚嘆的轉化效率提升相比,鈣鈦礦電池的差強人意的穩定性和較高的制造成本卻成為了妨礙其產業化發展的最大短板。以攻克此問題為目標,趙興中教授課題組基于電池結構設計和界面工程技術,發明了一種基于特殊雙層異質碳電極的無空穴傳輸層型鈣鈦礦電池。這種電池相比傳統鈣鈦礦電池不僅省去了昂貴的有機空穴傳輸材料、大型真空設備以及貴金屬電極,同時由于其熱觸發下的內部自修復特性使這種電池具有極其優越的高溫穩定性。100攝氏度下加熱5.5小時后依然能保持高于初始效率的性能。簡單封裝后也具有很好的防水性。因此,這種設計的鈣鈦礦電池對未來發展穩定、廉價、高效的太陽能電池器件及其產業化提供了一條重要的方法和思路。

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此外,基于這種無空穴傳輸層型鈣鈦礦電池的技術,我們還專門設計了一種符合納米結構的二氧化鈦電子傳輸層,這種復合納米結構結合了具有光散射能力的非均一尺寸納米顆粒以及具有電子傳輸通道的納米陣列結構。因而這種復合納米結構的電子傳輸層也兼具了更高的入射光利用率以及更低的載流子復合,最終應用于電池中得到了更優越的性能。該工作由余楨華同學第一作者發表于Nanoscale, 2016,8, 5847-5851,DOI: 10.1039/C5NR09045H。

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