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    武汉大学太阳能电池研究取得突破

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      北京时间11月9日凌晨,国际权威学术期刊《自然》(Nature)杂志在线发表了武汉大学物理科学与技术学院柯维俊、方国家教授的最新研究成果。该团队提出天冬氨酸盐一体化掺杂策略,同时提高了窄带隙钙钛矿子电池的效率和稳定性,实现了稳态效率27.62%(第三方权威认证效率27.34%),是目前两端全钙钛矿叠层电池的世界最高效率之一。

      “这项研究聚焦的钙钛矿太阳能电池,是最具潜力的下一代太阳能电池之一。”柯维俊介绍,太阳能资源是一种非常丰富的可再生能源,而太阳能电池可以直接将光转化为电。举例来说,最常见的就是路边的太阳能发电路灯,它们属于硅太阳能电池。虽然常见,但这类电池存在发电成本不够低的问题。柯维俊所研究的新材料钙钛矿,可以帮助解决这一问题。

      据介绍,单节的钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已经与传统硅基电池相当,实验室最高效率已经超过26%,但是想要进一步提升其效率将越来越困难。而叠层状态下的钙钛矿电池,则可以突破单结的极限,理论效率可达44%,性能还有非常大的提升空间。

      “‘叠层’意味着它将带来更高的效率。”柯维俊介绍,他和团队历时三年多,致力于寻找各种可能提高转化效率的方法。实验过程中,团队成员发现了一种特殊的添加剂“天冬氨酸盐”,并开发了一种特殊的掺杂策略,将其巧妙地与钙钛矿结合,可以实现稳态效率27.62%(第三方权威认证效率27.34%)。

      此外,抑制窄带隙钙钛矿中不稳定性的二价锡金属离子的自发氧化是行业内的巨大痛点之一。团队发现,本项研究在解决上述痛点的同时,还具有减少有害杂质、钝化材料缺陷等优势,可加强器件的性能和稳定性,有望大幅降低太阳能电池的度电成本。这种简易的一体化掺杂策略实现了一举多能,为窄带隙钙钛矿及全钙钛矿叠层太阳能电池的性能提升提供了一个极有前景的方法,也有望促进其他光电领域的发展。

      “我们在实验室里做的产品还只是2×2厘米的小电池,未来产业化还要面临更多科学问题。”十多年前来到武汉大学攻读博士时,柯维俊师从方国家教授,开始新型光电器件领域的研究。在他眼中,包括钙钛矿叠层太阳能电池在内的新型电池领域仍是“一片蓝海”,产业化是未来的必然方向,“怎么把这个电池做得更大更稳定,效率还可以怎样提升,如何让实验室产品真正走向商业化,围绕这些问题,我们未来还会继续攻关。”作者: 记者田佩雯、通讯员吴江龙、武柳青来源: 湖北日报

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