导读

韩国蔚山科学技术大学又带来了一项关于钙钛矿太阳能电池的创新研究进展，它展示了一种高稳定性钙钛矿太阳能电池（PSCs），采用的是“边-选择性”氟功能化石墨烯纳米片（EFGnPs）材料。

关键字

太阳能、钙钛矿、材料、电池

背景

在效率方面，钙钛矿太阳能电池（PSCs）具有超越硅太阳能电池的潜力。它作为下一代太阳能电池，过去几年吸引了更多的关注。为此，笔者也介绍过几项有关的创新研究进展。

• 日本冲绳科学技术大学院大学（OIST）的创新研究：他们给太阳能电池添加了一层聚合物，防止氧化钛层和钙钛矿层之间的直接接触，有效地保护了钙钛矿结构，延长了钙钛矿太阳能电池的寿命。

（图片来源：美国化学会）

• 美国斯坦福大学的研究团队受到昆虫复眼启发，将微型钙钛矿太阳能电池单元组织在一起，形成一种蜂窝状结构，防止钙钛矿材料受到湿、热或者机械应力影响时性能出现退化，提高了钙钛矿太阳能电池的稳定性和耐用性。
  
  

（图片来源：Dauskardt Lab/斯坦福大学）

• 韩国蔚山国立科技研究所（UNIST）的一项研究，发明了一种制造无机-有机混合物钙钛矿太阳能电池（PSCs）的新型低成本方案，创造了新的世界纪录：转换效率在小型电池中达22.1%，在1平方厘米的电池中达19.7%。这项技术的关键在于，它能够修复“钙钛矿-卤化物”中的主要缺陷，这些缺陷会降低光电转换效率。
  

（图片来源：UNIST）

效率，稳定性、耐用性、成本问题成为了PSCs 进一步商业化的关键障碍，以上介绍的这些创新研究案例旨在解决这些问题。

创新

钙钛矿材料还存在另外一个问题：在潮湿的环境中很容易分解。如果没有适当的封装，它们一天也无法生存。所以从稳定性和成本的角度出发，韩国蔚山科学技术大学（UNIST）的又带来了一项关于钙钛矿太阳能电池的创新研究进展。

他们展示了一种高稳定性钙钛矿太阳能电池（PSCs），采用的是“边-选择性”（edged-selectively）氟功能化石墨烯纳米片（EFGnPs）材料。这项研究进展非常重要，因为电池是由氟制成，它是黄金的一种低成本替代品。

（图片来源：UNIST）

这项研究由 UNIST 能源与化学工程学院的教授 Jin Young Kim 领导，与韩国能源研究所（KIET）的 Dong Suk Kim 合作开发。UNIST 能源与化学工程学院的助理教授 Gi-Hwan Kim 作为论文领导作者，也参与了这项研究。这项研究发表于《纳米快报》（Nano Letters）杂志的9月刊。

（图片来源：UNIST）

技术

为了提高稳定性，降低成本，推进PSCs的进一步商业化，Kim 教授和他的团队通过使用氟功能化的EFGnPs材料，全面覆盖钙钛矿活性层，为PSCs引进了一种高度稳定的 p-i-n 结构，并且防止水进入高度稳定的PSCs。

（图片来源：UNIST）

UNIST 教授 Gwi-Hwan Kim 表示：

“氟碳化合物，例如聚四氟乙烯（Teflon），以超疏水的特性而著称，并且由碳-氟（C-F）键组成。我们通过用碳代替氟，创造出一种具有高度疏水性的二维材料，就像Teflon。然后，将它应用于PSCs。 ”

新开发的钙钛矿太阳能电池通过溶液处理加工，这种工艺包含了为钙钛矿材料涂上柔性薄膜。使用这种工艺，未来可以带来从太阳能电池到可穿戴设备的各种应用。

价值

Jin Young Kim 教授表示：

“这项研究克服了高效率的钙钛矿太阳能电池低稳定性的弱点。该突破非常有望作为下一代太阳能电池以及各种物联网（IoT）设备和显示器的基础性技术。”

相对于现有的硅基无机电子设备，下一代的太阳能电池的优越之处就在于制造工艺简单和制造成本低。

参考资料

【1】http://news.unist.ac.kr/unist-researchers-develop-highly-stable-perovskite-solar-cells/

【2】Gi-Hwan Kim, Hyungsu Jang, Yung Jin Yoon, Jaeki Jeong, Song Yi Park, Bright Walker, In-Yup Jeon, Yimhyun Jo, Hyun Yoon, Minjin Kim, Jong-Beom Baek, Dong Suk Kim, Jin Young Kim. Fluorine Functionalized Graphene Nano Platelets for Highly Stable Inverted Perovskite Solar Cells. Nano Letters, 2017; 17 (10): 6385 DOI: 10.1021/acs.nanolett.7b03225

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