北理工團隊在全印刷鈣鈦礦模組研究中取得重要進展
發(fā)布日期：2025-11-13 供稿：材料學(xué)院 攝影：材料學(xué)院
編輯：劉曉雪 審核：程興旺 閱讀次數(shù)：
近日，北京理工大學(xué)材料學(xué)院白陽副教授和北京航空航天大學(xué)陳海寧教授，北京大學(xué)楊世和教授團隊合作在《Nature Photonics》發(fā)表研究成果，題為“Vapour-assisted surface treatment for highly stable fully printed carbon-electrode perovskite solar modules”。
鈣鈦礦太陽能電池模組的運行穩(wěn)定性通常低于小尺寸器件，是其實際應(yīng)用面臨的主要挑戰(zhàn)?？捎∷⑻茧姌O因具備高穩(wěn)定性和低成本優(yōu)勢，被認(rèn)為是提升全印刷鈣鈦礦電池模組穩(wěn)定性的理想途徑。研究利用體積小、沸點低分子，開發(fā)了一種可放大的蒸汽后處理工藝，有效減少了非輻射復(fù)合損失，并促進了電荷的傳輸與提取。通過這種方法制備出的全印刷的碳電極鈣鈦礦太陽模組（效面積約為50 cm2），光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到20.41%。同時，該策略顯著提升了模組的穩(wěn)定性，為碳電極鈣鈦礦太陽能模組的商業(yè)化放大奠定了基礎(chǔ)。
研究首先發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)碳電極鈣鈦礦模組空穴傳輸性能低導(dǎo)致的填充因子偏低、效率受限。為此，提出了通過引入碳納米管/P3HT的混合傳輸層，增強電荷傳輸并顯著提升器件性能，并開發(fā)了全印刷碳電極鈣鈦礦太陽能模組的制備工藝。
進一步，研究提出了一種基于含氟苯硫醇分子的蒸汽輔助鈍化策略。通過S–Pb配位和F–H氫鍵作用，有效修復(fù)表面缺陷、抑制離子遷移，顯著提升了材料的穩(wěn)定性與載流子傳輸性能。
研究重點評估了蒸汽輔助鈍化對碳電極鈣鈦礦模組性能的影響。處理后的模組實現(xiàn)了20.41%的光電轉(zhuǎn)換效率，顯著優(yōu)于未處理器件。穩(wěn)定性方面，未經(jīng)封裝的模組在85 °C氮氣環(huán)境下老化4800 h仍保持85%初始效率，在1 sun連續(xù)光照下持續(xù)輸出1020 h性能幾乎無衰減，且在85 °C/85%濕熱環(huán)境下老化2280 h后仍保持84%效率，展現(xiàn)出優(yōu)異的熱光穩(wěn)定性與應(yīng)用潛力。
本研究提出了一種可規(guī)?；恼羝o助處理策略，實現(xiàn)了高穩(wěn)定性、高效率的全印刷碳電極鈣鈦礦光伏模組。該方法工藝簡便、兼容性強，適用于大面積制備與工業(yè)化生產(chǎn)，顯著提升了模組在長期運行與惡劣環(huán)境下的可靠性。研究成果為鈣鈦礦光伏模組的低成本制造、商業(yè)化應(yīng)用和清潔能源技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展提供了新的技術(shù)路徑與實踐基礎(chǔ)。
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