提升稳定性延长运行时间 “钙钛矿”太阳能电池加速走向商业化
UNIST Jang Seongyeon教授团队开发插入特制设计负极中间层的太阳能电池
可应用于绿色氢气制备技术，发表于《Advanced Energy Materials》
提升钙钛矿太阳能电池稳定性的技术已经被开发出来。由于能够在高效率下长时间运行，预计该技术将推动钙钛矿太阳能电池的商业化，并对绿色氢气制备技术产生影响。
蔚山国立科学技术研究所（UNIST，校长 Lee Yonghoon）9日表示，能源化学工程系的 Jang Sungyeon、Ryu Jeonggi、Jang Jiuk 教授团队与高丽大学 Kwak Sanggyu 教授团队合作，开发出兼具高稳定性和高效率的锡–铅卤化物钙钛矿太阳能电池。
据研究团队介绍，他们在锡–铅卤化物钙钛矿活性层与金属电极之间插入了特别设计的阴极中间层。这是一项能够同时提升太阳能电池器件稳定性和效率的突破性技术。
Jang Sungyeon 教授解释称：“我们利用开发出的太阳能电池作为光电极，提出了一种能够高效生产绿色氢气的光电化学器件新结构。”
金属卤化物钙钛矿具有在光能作用下释放电子的优异“光电子”特性，被视为太阳能应用领域中的潜力材料。
其中，混合锡–铅卤化物钙钛矿（TLHP）在从可见光到近红外区域都能吸收太阳光，是开发高效率太阳能电池的重要材料。
但TLHP在空气中的稳定性低于以铅为基础的钙钛矿，难以充分发挥其材料优势。
研究团队引入了脂肪族胺功能化的苝二酰亚胺，作为能够在化学上保护TLHP的阴极中间层。苝二酰亚胺被插入到作为光活性层、负责在受光后产生电力的钙钛矿上部层中。
该中间层不仅能够高效传输电子，还同时充当化学屏障，大幅提升了稳定性。
在应用苝二酰亚胺的器件中，光电转换效率达到23.21%，并且在60摄氏度下连续运行750小时后，仍能保持初始效率的81%以上，展现出极高的稳定性。
上排从左至右为 Ryu Jeonggi、Jang Jiuk、Jang Seongyeon 教授，下排（均为第一作者）从左至右为 Choi Yuri 研究助理教授、Muhibullah Al Mubarok 研究员、Rashmi Mehrotra 研究员。
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研究团队还将该技术用作制氢用光电极。基于TLHP的光电极利用了在分解农业废弃物等木质类生物质过程中产生的电子。
在无外加电力的条件下，实现了约33.0 mA/cm2（约3.42×10-6 kg·s-1·m-2）的创纪录太阳能制氢速率。这一数值高于美国能源部在1-sun条件下设定的太阳能制氢最终目标值。
能源化学工程系 Jang Sungyeon 教授表示：“通过本研究，我们大幅提升了锡–铅基钙钛矿太阳能电池在器件长期稳定性方面这一重大难题的表现。我们的最终目标不仅是将光能转化为电能，还要发展到能够以环保方式生产氢气等构成产业基础的基础化学物质这一阶段。”
本研究由UNIST硕博连读研究员 Muhibullah Al Mubarok、研究助理教授 Choi Yuri、硕博连读研究员 Rashmi Mehrotra、高丽大学硕博连读研究员 Kim Yujin 作为第一作者参与。
研究成果已于去年11月30日在线发表在《Advanced Energy Materials》（《先进能源材料》）上。研究工作得到了科学技术信息通信部所属韩国研究财团（NRF）的资助。
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