韩国科学家研发出新型钙钛矿太阳能电池：转换效率创新世界纪录！

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最近，韩国蔚山国立科技研究所开发出一种制造无机-有机混合钙钛矿太阳能电池的低成本方案，它创造了转换效率的新世界纪录：22.1%。

关键字

钙钛矿、太阳能、电池

背景

太阳能作为一种清洁、可再生、无污染的能源，引起了产业界和科学界的广泛兴趣，现在全世界各国都在大力发展太阳能技术。然而对于太阳能电池来说，能量转换效率较低，一直是制约其进一步发展和应用的关键瓶颈。

之前，笔者也在《太阳能电池：复制玫瑰花瓣表皮细胞 提高能量转化效率》和《超低损耗量子能量运输可以革新太阳光能量转换》两篇文章中，也都介绍过一些提高能量转化效率的方案。

创新

最近，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（PSC）的新型低成本方案。它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%。

（图片来源：UNIST）

UNIST 能源和化学工程专业的杰出教授 Sang-Il Seok 与韩国化学技术研究所的教授 Jun Hong Noh，以及韩国汉阳大学的教授 Eun Kyu Kim 一起合作进行了这项研究，他们也都是研究论文的合著者。该研究成果于6月30日在线发表在《自然》杂志上。

（图片来源：UNIST）

技术

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。研究论文展示了通过管理具有缺陷的卤素阴离子，仔细控制钙钛矿层的生长条件，对于实现基于“铅-卤化物-钙钛矿”吸收器的高效PSC薄膜，起到了至关重要的作用。

（图片来源：UNIST）

钙钛矿是一种独特的晶体结构，由甲脒和多个阳离子以及混合卤化物阴离子组成。钙钛矿太阳能电池（PSC）是太阳能电池的一种，它采用钙钛矿结构的化合物，即最普遍的有机-无机铅的混合物或者基于锡卤化物的材料，作为采集光线的活性层。

因为在高效率太阳能电池和发光方面的应用，"有机-无机混合物PSC"引起了广泛的科研兴趣。实际上，这些太阳能电池不仅具有相对较高的光电转换效率（超过22%），而且还可以使用廉价的无机-有机钙钛矿化学物，简便地制造。

在基底上形成一层致密且均匀的薄层，对于制造高性能的PSC来说十分关键。缺陷状态的浓度需要尽可能的低，因为它降低了开路电压和短路电流密度，从而降低了电池的性能。

（图片来源：UNIST）

在该研究中，研究团队在有机阳离子溶液中添加碘离子，从而降低深度缺陷的浓度。通过一种分子内的交换过程，这种有机阳离子溶液可形成钙钛矿层。研究结果显示，经过缺陷设计的钙钛矿层制造出的PSC，能量效率在小型电池中可达22.1%，在1平方厘米的电池中可达19.7%。

价值

Seok 教授说：

“这项研究能够将目前关于钙钛矿太阳能电池的效率的世界记录从20.1% 提升到 22.1%。这将加速低成本、高性能的钙钛矿太阳能电池的商业化。”

这些PSC的缺陷减少后，能量转换效率可达22.1%。这一点已经得到韩国国家可再生能源实验室（NREL）证实。

Seok 教授说：

“制造高性能太阳能电池的关键是降低材料中的缺陷，这些缺陷使得在将太阳光转换为电力时，产生能量损耗。我们的研究提出了一种新方案，能够抑制深度缺陷的形成，这样能够为PSC创造一个新的效率记录。”

参考资料

【1】

【2】Woon Seok Yang, et al., “Iodide management in

formamidinium-lead-halide–based perovskite layers for efficient solar

cells,” Science, (2017).

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