UNIST与高丽大学教授团队开发可替代导致耐久性下降物质的太阳能电池添加剂
在3000小时内保持初始效率80%，可承受极端温度应力，发表于《Nature Energy》
一种将寿命提升至原来3倍以上的高效钙钛矿太阳能电池已经被开发出来。
这是因为研究团队开发出了一种可以替代原有会缩短寿命的添加剂的新物质。
UNIST能源化学工程系Yang Changdeok·Shin Seungjae教授团队与高丽大学Min Hanul教授团队于22日表示，他们开发出可替代液态tBP添加剂的固体添加剂4CP，并将其应用于钙钛矿太阳能电池，实现了26.2%的高光电转换效率和3000小时的长期稳定性。
研究团队（自左起）为 Yang Sangjin UNIST 研究员、Yang Changdeok UNIST 教授、Min Hanul 高丽大学教授、Kim Gihun 高丽大学研究员。UNIST提供
View original imagetBP（4-tert-butylpyridine，4-叔丁基吡啶）是为使太阳能电池内部的锂离子均匀分散而加入的一种添加剂，可提高电池将太阳光转化为电能的效率。但由于其为液体形态，在高温下容易挥发，在这一过程中无法牢固束缚锂离子，导致电池内部产生副产物或微小孔洞（针孔）。这正是缩短电池寿命的主要原因。
研究团队开发的4CP（4-(N-carbazolyl)pyridine，4-(N-咔唑基)吡啶）为固体形态，与液体添加剂不同，不具挥发性，能够从根本上阻断上述问题。它不仅在高温下表现出优异的稳定性，还能使各组成层之间的界面更加均匀，有利于电荷顺畅迁移。随着电荷传输更加顺畅，光电转换效率也随之提高。
在实验中，应用4CP的钙钛矿太阳能电池实现了26.2%的光电转换效率（权威认证值为25.8%），尤其在长期运行方面表现出优异性能。传统tBP基电池的光电转换效率在1000小时内会下降到初始值的约60%，但4CP基电池在3000小时后仍能保持初始效率的80%以上，寿命相当于延长了3倍以上。
在高温和极端环境下效果同样显著。添加4CP的电池在85℃条件下运行400小时以上，仍保持初始效率的80%。相比之下，在相同条件下使用tBP的电池在120小时内输出就降至一半以下。此外，在进行-80℃与80℃之间往复的温度冲击测试200次之后，仍保持了初始效率的90%以上。
联合研究团队表示：“本研究证明，仅在保持既有工艺不变的前提下更换添加剂，就能有效解决下一代钙钛矿太阳能电池最大短板——寿命问题”，“由于在剧烈温度变化下也能保持性能，因此为在宇宙空间等极端环境中利用钙钛矿太阳能电池奠定了基础。”
研究团队接着表示：“由于与现有制造工艺兼容，向量产转化的技术门槛较低也是一大优势”，“下一步将制备大面积组件，对其性能进行验证，以推动商业化。”
本次研究由UNIST研究员Yang Sangjin和高丽大学研究员Kim Kihun作为第一作者参与。
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研究成果已于9月10日发表在《自然》旗下子刊《自然·能源》（Nature Energy）上。
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