鉛安全鈣鈦礦太陽電池的研究進(jìn)展

在過去的十年中，鈣鈦礦太陽能電池在提高光電轉(zhuǎn)換效率方面取得了前所未有的進(jìn)展，與傳統(tǒng)太陽能電池相比也有著與之相當(dāng)?shù)姆€(wěn)定性，因而被認(rèn)為是最有前途的光伏技術(shù)之一。然而，鈣鈦礦中的水溶性鉛具有高毒性，潛在的鉛泄漏仍然是該技術(shù)商業(yè)應(yīng)用的最大障礙。為此，魯東大學(xué)張樹芳教授和南通大學(xué)胡延強(qiáng)博士團(tuán)隊在鈣鈦礦太陽能電池鉛防護(hù)方面取得了一系列重要研究進(jìn)展。在能源與材料領(lǐng)域國際著名期刊Advanced?Functional Materials、Chemical Engineering Journal、Small Methods、Solar RRL發(fā)表系列論文四篇。

1.Small Methods：苯基苯并咪唑磺酸對鈣鈦礦太陽能電池性能改善和鉛泄漏抑制具有雙重作用

該文章通過在鈣鈦礦前驅(qū)體溶液中添加一種幾乎不溶于水的兩性苯基苯并咪唑磺酸(PBSA)，同時實現(xiàn)了結(jié)晶生長的調(diào)節(jié)和缺陷鈍化，并減少了高性能器件的鉛泄漏。此外，在0.09 cm2的器件中實現(xiàn)了23.27%的光電轉(zhuǎn)換效率，對于孔徑面積為19.32 cm2的大面積模塊也獲得了 15.31%的光電轉(zhuǎn)換效率，并且器件具有優(yōu)良的穩(wěn)定性。

Hu Y, He Z, Jia X, Zhang S, Tang Y, Wang J, Wang M, Sun G, Yuan G, Han L. Dual functions of performance improvement and lead leakage mitigation of perovskite solar cells enabled by phenylbenzimidazole sulfonic acid[J]. Small Methods, 2022, 6(2): 2101257.

2.?RRL：D-青霉胺引入SnO2層制備環(huán)境友好型高性能鈣鈦礦太陽能電池

該文通過在SnO2電子傳輸層中引入多功能界面交聯(lián)劑D-青霉胺(DPM)改善了SnO2與上部鈣鈦礦之間的界面接觸。DPM可以通過酯化反應(yīng)鈍化 SnO2表面的缺陷，通過調(diào)節(jié)界面能級排列促進(jìn)鈣鈦礦電荷的提取，通過與鉛離子形成配位鍵改善鈣鈦礦薄膜的質(zhì)量。使得光電轉(zhuǎn)換效率由22.44%提升至24.09%。此外，未封裝的 DPM 改性器件表現(xiàn)出比原始器件更好的儲存穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、光穩(wěn)定性以及泄漏的鉛離子的原位吸收能力。

He Z, Hu Y, Sun G, Song W, Wang X, Zhang S, Wang J, Wang M, Sun T, Tang Y. Simultaneous Chemical Crosslinking of SnO2and Perovskite for High‐Performance Planar Perovskite Solar Cells with Minimized Lead Leakage[J]. Solar RRL, 2022: 2200567.

3.CEJ：整體界面修飾策略用于提高鈣鈦礦太陽能電池性能并減少鉛泄露

該文證明整體界面修飾策略可通過修改鈣鈦礦層和電荷傳輸層等功能層之間的相關(guān)界面來有效提高電池的性能和穩(wěn)定性并防止鉛泄漏。同分異構(gòu)體BZP分子可以減緩紫外光對過氧化物的降解，調(diào)整界面之間的能級排列，而不溶于水的PBSA和Pb2+之間的強(qiáng)配位有助于鈍化過氧化物的表面缺陷，防止Pb2+滲漏到環(huán)境中。PBSA對泄漏的 Pb2+具有出色的吸收能力，優(yōu)化后的電池組件的鉛泄漏也得到了有效抑制，獲得了24.14% (0.09 cm2)的效率和17.36% (19.32 cm2)的模塊效率，同時T90和 T80壽命在持續(xù)光照下也分別超過了 1130 小時和 2000 小時。

4.AFM：鉛安全鈣鈦礦太陽電池的研究進(jìn)展

本文綜述了鉛的毒性、鈣鈦礦中鉛泄漏對環(huán)境的影響以及開發(fā)無鉛鈣鈦礦所做出的努力，介紹了近年來在減少鉛泄漏方面取得的進(jìn)展，重點介紹了鈣鈦礦太陽能電池封裝層和功能層中應(yīng)用的鉛螯合材料，并簡要總結(jié)了從損壞或退役的器件中回收鉛的方法。這篇綜述可以作為有興趣促進(jìn)鈣鈦礦太陽能電池從開發(fā)到應(yīng)用的研究人員的指南。