在韩国，提出了一种同时兼顾太阳能电池效率和寿命这一两难问题的方案。其核心是在精确调控钙钛矿太阳能电池表面保护层的内部结构的基础上，实现高效率与长期稳定性的兼顾。
KAIST表示，生命化学工程系讲席教授 Seo Jangwon 研究团队与韩国化学研究院联合研究，开发出一种能够同时满足钙钛矿太阳能电池效率和长期稳定性的“二维保护层设计技术”。这一消息于24日公布。
此前，主要采用在三维（3D）钙钛矿晶体上覆上一层二维（2D）层的“3D/2D结构”策略。该方法被视为减少太阳能电池表面缺陷、提高稳定性的一种手段。但当二维层的结构不够牢固时，随着时间推移，其结构可能发生变形或性能逐渐下降，暴露出这一策略的局限性。
为了解决这一问题，联合研究团队引入了结构上更加稳定的“Dion-Jacobson（DJ）”结构二维钙钛矿保护层，并采用一种设计策略：在保护层内部精确调控表示钙钛矿层堆叠层数的“n值”。
DJ结构通过有机分子在钙钛矿层与层之间进行双向牢固连接，从而提升整体结构稳定性。其原理类似于用更强的黏合剂把砖块彼此牢牢黏合在一起，使结构不易坍塌。
（上排）前韩国化学研究院博士 Moon Chansu，（自左起）韩国化学研究院博士 Jeon Namjung、KAIST 硕博连读生 Lee Jaehee、KAIST 硕士研究生 Na Hajin、KAIST 生命化学工程系讲席教授 Seo Jangwon。KAIST 提供
View original image联合研究团队受到这样的启发：在砌好砖块后，如果在黏合剂固化的过程中调节温度和时间，砖块会以更加坚固、更加整齐的方式固定下来。基于这一思路，团队通过调节热处理条件，将二维保护层内部钙钛矿层的堆叠结构（n值）控制在所需方向。
在这一过程中，电荷传输变得更加顺畅，从而提高了太阳能电池效率，同时依托DJ结构的坚固性，也证实了长期稳定性得到改善。
此外，研究团队还通过实验揭示，在热处理过程中，不同材料相接触的界面会发生结构重排，从而引起二维保护层内部结构的变化，并据此提出了可调控保护层结构的机理以及可重复的工艺条件。
应用这一设计策略的钙钛矿太阳能电池实现了25.56%（经权威机构认证的效率为25.59%）的电能转换效率，并在85摄氏度、85%相对湿度（85% RH）条件以及持续光照环境下，展现出在高性能水平下仍能保持的长期稳定性。
Seo 讲席教授表示：“通过对表面保护层结构的设计，我们得以同时解决提高效率会缩短寿命、延长寿命又会降低效率这一太阳能电池的两难问题。联合研究团队开发的技术在工艺条件发生变化时仍能相对稳定地运行，因此有望应用于面向商业化的大面积制造工艺。”
此次研究由KAIST生命化学工程系硕博连读生 Lee Jaehui 与韩国化学研究院博士 Moon Chansu 共同担任第一作者。研究成果已于上月24日发表在能源领域国际学术期刊《Joule》上。
版权所有 © 阿视亚经济 (www.asiae.co.kr)。 未经许可不得转载。
