华北电力大学科研团队在钙钛矿太阳电池研究领域取得新突破

近日，我校丁勇教授团队在提升钙钛矿太阳能电池性能方面取得了新突破，申请并授权多项发明专利，相关科研成果在《Nature》《Nature Energy》《Nature Nanotechnology》等国际顶级期刊刊发10余篇高水平研究论文，团队取得的世界纪录效率先后三次被《Solar cell efficiency tables》收录。

丁勇教授团队与瑞士洛桑联邦理工学院和苏州大学等科研团队合作，研究发现利用路易斯碱性离子液体添加剂与甲胺离子发生质子交换反应，抑制钙钛矿前驱体溶液的降解，防止MACl的聚集，提高大面积钙钛矿组件的良品率，首次从理论上彻底解决钙钛矿钝化过程中涉及配位化学上的诸多争议，并提出了有效策略，大幅度提高大面积钙钛矿薄膜的成膜质量，最终获得孔径面积为27.22cm2的钙钛矿光伏组件。此外，丁勇教授与苏州大学丁斌教授共同研发出第三代抽气法，解决了目前钙钛矿薄膜内溶剂残留导致的孔洞和裂纹等问题，实现了高质量大面积钙钛矿薄膜的制备，在钙钛矿光伏组件上取得22.4%的稳态效率，该纪录效率被收录在第61、62和63期《Solar cell efficiency tables》专刊。

丁勇教授团队与西湖大学等科研团队合作提出利用原位同步辐射技术在线监测钙钛矿晶体的成核与生长过程，从热力学与动力学角度上成功解释了钙钛矿取向成核的机理与机制，针对性地提出利用“戊脒”添加剂调控钙钛矿的成核过程，实现具有更高结晶度、更低缺陷态的取向性钙钛矿薄膜，拓宽了钙钛矿薄膜的制备窗口时间，提升钙钛矿光伏组件的光电性能和稳定性，对大面积钙钛矿薄膜的制备具有重要指导意义。

丁勇教授团队与韩国成均馆大学等科研团队等合作发现钙钛矿薄膜沿垂直方向的面外成分不均匀性，确定了根本原因和对器件的潜在影响，创新性地提出利用1-(苯基磺酰基)吡咯来均匀化钙钛矿薄膜中的阳离子成分，由此产生的p-i-n器件获得了25.2%稳态PCE和持久稳定性。

光伏发电是获取清洁能源的重要方式之一，是实现“双碳”战略目标的重要途径和技术保障。有机无机杂化钙钛矿材料具有制备工艺简单、缺陷容忍度高和吸收系数高等优点，被业内认为是光伏材料领域的未来之星。其实验室尺寸电池(0.1 cm2)的效率从2009年的3.8%提升到目前认证的26.15%，创下了新兴光伏纪录，但大面积钙钛矿光伏组件在效率和稳定性上仍存在一定差距，严重滞后钙钛矿太阳能电池的商业化进程。丁勇教授团队围绕高效、高稳定大面积钙钛矿光伏组件开展的系列研究，主要包括开发高性能电荷传输材料，揭示钙钛矿前驱体溶液老化的本质，提出表面能调控钙钛矿的成核与生长过程，发展了具有自主知识产权的第三代抽气技术，拓宽了大面积钙钛矿薄膜的工艺窗口，助力提升大面积钙钛矿组件的效率、稳定性和商业化进程。