酷热阳光下也稳健运行…UNIST提升钙钛矿太阳能电池耐热性能
Kim Dongseok教授团队优化添加剂比例 实现高温稳定性机制
实现26.18％光电转换效率与85℃高温稳定性 论文发表于《Joule》
太阳会释放“光”和“热”。太阳光可以通过太阳能电池转化为电能，但太阳热反而会使太阳能电池“老化”。
尤其是作为下一代太阳能电池的钙钛矿电池，对热更加脆弱。近期有研究大幅提升了这类钙钛矿太阳能电池的耐热性，提高了其商业化的期待。
UNIST（总长 Park Jongrae）碳中和研究生院 Kim Dongseok 教授团队与庆尚国立大学 Lee Taekyung 教授团队、瑞士洛桑联邦理工学院 Michael Grätzel 教授团队联合研究，查明了削弱钙钛矿太阳能电池耐热性的原因，并找到了一种在保持高效率的同时又能提高热稳定性的添加剂配比方案。相关成果于12日发表于国际学术期刊《Joule》（影响因子：38.6）。
钙钛矿太阳能电池因材料和工艺成本低、且可根据基板制成柔性薄膜形态，被视为下一代太阳能电池。
要实现商业化，电池必须能够经受热、湿气等外部环境的影响并长期保持性能，其中，提升耐热性几乎是走向商业化的最后一道关卡。湿气等问题可以通过包封技术将电池封装起来加以阻隔，但耐热性则必须从材料本身加以改善，而且在包封工艺过程中温度会飙升至100℃。
研究团队从根本上分析了削弱耐热性的因素，发现为了提高电池效率而过量添加的添加剂正是问题根源。
根据分析结果，将4-tert-丁基吡啶（4-tert-butylpyridine，tBP）的含量减少20倍以上，在保持高导电性和高效率的同时，成功制备出具有优异高温稳定性的钙钛矿太阳能电池。tBP原本是为了提高钙钛矿电池空穴传输层导电性而添加的添加剂。空穴传输层是一种将光活性层中产生的电荷载流子——空穴——传递至电极的材料，其导电性越好，太阳能电池效率越高。
研究结果显示，少量添加的tBP会与另一种添加剂锂双（三氟甲磺酰）亚胺（LiTFSI）形成1:1复合物，通过抑制去掺杂现象来提高导电性。同时，玻璃化转变温度也从原来的77℃提升至105℃。玻璃化转变是指高分子材料等由接近固态向接近液态转变的现象，玻璃化转变温度越高，热稳定性越好。
该电池实现了世界最高水平的26.18％光电转换效率，在面积为25平方厘米的组件上也达到了23.29％的效率。此外，在85℃高温下进行1000小时耐久性测试，证明其具有出色的稳定性。
第一作者、UNIST的 Shin Yunseop 博士表示：“本研究仅通过优化添加剂之间的比例，就同时实现了高效率和高温稳定性，具有创新性研究成果的重大意义。”
Kim Dongseok 教授强调：“本研究在长期耐久性、高效率的基础上，又开发出可承受100℃以上制备工艺的技术，相当于补齐了实现商业化的最后一块拼图。”
本次研究由UNIST的 Shin Yunseop 博士和 Song Jiwon 研究员、庆尚国立大学 Lee Donggyu 硕博连读研究生担任第一作者完成。研究工作得到了科学技术信息通信部、韩国研究财团（National Research Foundation of Korea）和产业通商资源部的资助。
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