开拓全新“微表面工程” ， 提升钙钛矿太阳能电池稳定性

近年来， 钙钛矿太阳能电池（PSC）因其高效、 低成本、 易制备等特点， 成为下一代光伏技术。 为了推动钙钛矿太阳能电池的进一步发展， 来自中国香港的科研团队持续发力， 在国际顶尖期刊 Joule 上接连发表两篇重要研究成果。 这两篇研究展现了钙钛矿太阳能电池技术的未来潜力， 并为解决目前面临的挑战提供了新的思路。

太阳能电池是实现可持续发展的重要途径， 但传统的硅基太阳能电池在效率提升方面面临挑战，难以充分利用全部光谱。 近年来，钙钛矿太阳能电池因其高效率、低成本和制备工艺简单等优点，备受关注。 但是， 钙钛矿材料的稳定性问题以及复杂的环境因素， 一直是阻碍其大规模应用的关键问题。 为了突破这些限制， 科研人员不断探索新的方法， 以提高钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性。 然而，传统的制备方法通常依赖人工操作， 无法精确控制所有关键参数，导致重复性差、效率不稳定。 近期，德国埃尔朗根-纽伦堡大学材料科学系 Christoph J. Brabec 教授团队在Energy & Environmental Science 杂志发表了一篇突破性研究成果， 他们使用全新的 “自动设备加速平台" (DAP)， 精确地操控了钙钛矿太阳能电池制备的关键参数， 并在常温常压的环境下成功地将电池效率提升至23% 以上。

钙钛矿太阳能电池（PSC）凭借其高效率、低成本、易制备等优势， 成为近年来光伏领域具潜力的下一代光伏技术之一。 但目前， 钙钛矿太阳能电池的小尺寸器件已取得重大突破， 但在向大面积模块化生产发展过程中仍存在不少挑战。 制备大面积模块需要更长的时间， 这对薄膜的沉积和制备工艺提出了更高要求， 同时也对材料的稳定性和加工窗口提出了挑战。 近三年来，钙钛矿太阳能电池大面积模块化的研究进程主要集中在提高效率、稳定性和可制造性方面。 近日，由西安电子科技大学常晶晶教授，联合洛桑理工学院 Mohammad Khaja Nazeeruddin 教授团队和西北工业大学李祯教授团队在Energy & Environmental Science 杂志发表了突破性研究成果。 该团队通过巧妙地将 N-甲基-2-吡咯烷酮溶剂与冷却策略相结合， 在两步沉积法中获得了更稳定的基于 FA 的钙钛矿中间相， 从而实现了更长的退火窗口。

全聚合物太阳能电池(all-PSCs)凭借其出色的稳定性和机械耐用性，被认为是未来太阳能电池应用的重要方向。全聚合物太阳能电池主要由供体和受体两种有机聚合物材料组成，其基本结构包括以下： l 透明导电电极： 通常由氧化铟锡（ITO）制成，用于光的透射和电子的导电。 l 电子传输层： 提高电子从活性层向电极的传输效率。 l 活性层： 由供体和受体材料组成，是光生电荷的主要产生区域。供体材料吸收光子产生激子（电子-空穴对），激子在受体材料处分离成自由电子和空穴。 l 空穴传输层： 提高空穴从活性层向电极的传输效率。 l 金属电极： 通常由银或铝制成，用于收集和导出电荷。 近年来，全聚合物太阳能电池的研究发展迅速： l 材料发展: 随着非富勒烯受体材料的快速发展，APSCs的光/热稳定性和柔韧拉伸性能显着提高。 l 转换效率: 研究显示，聚合物太阳能电池的转换效率已突破10%，这使其成为一种有竞争力的替代传统硅基太阳能电池的技术。 l 机械灵活性: APSCs表现出优异的透明性、溶液加工性和机械灵活性，使其在柔性电源系统中有广泛应用前景。 然而，由于其效率长期落后于小分子受体基太阳能电池，限制了其进一步发展。如何有效平衡并提升开路电压(Voc)和短路电流密度(Jsc)成为全聚合物太阳能电池领域的一大难题。 近期，香港科技大学颜河教授团队在国际顶级期刊 Energy & Environmental Science 上发表了突破性研究成果， 成功开发了一种名为PYO-V的新型聚合物受体， 它可以通过调节分子结构， 实现更宽的光谱吸收和更高的能量级， 从而有效提升了全聚合物太阳能电池的性能， 并实现了高效的多功能光伏应用。 颜河教授是香港科技大学化学系教授，长期致力于有机光伏材料与器件方面的研究， 在国际著名期刊发表了200余篇高质量学术论文。 他的团队致力于突破现有全聚合物太阳能电池的技术瓶颈， 为下一代高效稳定的光伏器件的开发提供新的思路和方向。