嚴文生教授團隊在鈣鈦礦光伏電池領域取得重要研究進展

發布者:曾昕發布時間:2021-09-01瀏覽次數:10

近日,杭州電子科技大學電子信息學院嚴文生教授團隊在鈣鈦礦光伏電池領域取得重要研究進展。隨著今年國家“碳達峰、碳中和”戰略目標的提出,立足于低碳引領的光伏技術,以加速我國工業制造產業鏈升級為目的,對調整我國未來能源消耗體系及全球綠色產業具有重要戰略意義。在光伏電池種類中,鈣鈦礦太陽能電池具有低成本、高性能等獨特優勢,其產業化前景得到了工業界越來越大的重視。

該團隊獨辟蹊徑,采用光管理策略用以提高鈣鈦礦電池的短路電流密度和轉換效率。他們選擇和制備了一種高穩定性的Cs0.05(FA0.85MA0.15)0.95Pb(I0.85Br0.15)3電池。在做電池光管理之前,首先進行鈣鈦礦薄膜的橢圓偏振測量,通過構建物理模型,獲得了該鈣鈦礦薄膜波長依賴的光學常數實驗值(n,k) (1)


1 (a)制備的鈣鈦礦薄膜截面SEM圖;b)鈣鈦礦薄膜波長依賴的光學常數實驗值(n,k)


    在此基礎上,他們首先研究了典型的入光面為平面的玻璃襯底上鈣鈦礦電池。通過構建鈣鈦礦電池模型,進行光學仿真,得到各層優化材料及厚度參數,并反饋到實驗進行電池制備(2a)。通過鈣鈦礦電池的外量子效率測量與模擬的外量子效率進行比較,兩者展現了出色的吻合(2c)。這表明了模型及仿真的高度可靠性。實驗上獲得平面玻璃襯底上鈣鈦礦Cs0.05(FA0.85MA0.15)0.95Pb(I0.85Br0.15)3電池最高效率為20.5%,激活面積為0.16cm2 (2b)。在穩定性方面,電池經過40天后,其轉換效率仍可保持原先的90%之高(2d)


2 (a) 制備的Cs0.05(FA0.85MA0.15)0.95Pb(I0.85Br0.15)3鈣鈦礦電池截面SEM圖;(b)J-V曲線及光伏電池參數;(c)測量和仿真的EQE比較及積分的短路電流密度;(d)器件穩定性測量結果。


    在上述鈣鈦礦電池的基礎上,他們進一步通過微納結構表面工程化及光管理策略,可以大幅度提高電池的短路電流密度和轉換效率。以優化的納米圓錐陣列為例,短路電流密度可以提高1.8mA/cm2,轉換效率提升至22.1%。 如果結合文獻報道的添加劑策略,該組分鈣鈦礦電池的轉換效率可以進一步提升至23.7%。上述研究工作于20218月發表在一區雜志 Journal of Power Sources。細節參見Wensheng Yan, Wangnan Li, Zhengli Wu, Ke Liu, Yue Zang, Yu Wang, and Zhicheng Zhong, “Toward high efficiency for long-term stable Cesium dopedhybrid perovskite solar cells via effective light management strategy”, Journal of Power Sources, 510, 230410 (2021)該工作以杭州電子科技大學為第一單位,與國內武漢理工大學材料國家重點實驗室、湖北文理學院湖北省重點實驗室以及德國卡爾斯魯厄理工學院共同合作完成。

 

獲悉,嚴文生教授課題組當前與國內及國際科研合作,采用合適帶隙的鈣鈦礦,結合添加劑、界面工程化、光管理等獨特多項策略,在鈣鈦礦電池轉換效率和穩定性方面已經獲得更大突破性研究進展。當前正在第三方效率認證中。這些研究進展和成果充分展現了鈣鈦礦電池研究及產業化在國內的光明前景。此外,嚴文生教授在晶硅電池領域具有十余年的海外研究積累,特別在薄化晶硅電池研究方面保持著國際領先水平。該團隊將繼續在鈣鈦礦電池、高效晶硅電池及晶硅/鈣鈦礦疊層電池等領域開展產、學、研多方合作,為國內光伏產業及相關企業提供技術支撐,助力國家“碳達峰、碳中和”戰略目標早日實現。

 

嚴文生教授:******、省領軍型創新創業團隊負責人、博士生導師,曾擔任或榮獲德國國家研究基金項目首席科學家、德國資深洪堡學者(全球性競爭,年度硅電池領域唯一入選者)、澳大利亞可持續能源部ARENA學者(全球性競爭,年度硅電池領域唯一入選者)、全國優秀博士論文提名獎,等等。目前擔任德國國家DFG、德國-俄羅斯、歐盟等國際項目特邀評審專家,及30多個國際學術期刊審稿人。 嚴文生教授于2021年加盟杭州電子科技大學電子信息學院。團隊瞄準國家“雙碳”戰略計劃,擬打造一支高水平“智能光伏新能源”研究團隊。團隊主要研究方向包括但不限于:1光伏電池材料與器件:晶硅、晶硅/鈣鈦礦疊層、鈣鈦礦、有機光伏,等等;2 光伏、集成電路、人工智能系統集成與控制;3)人工智能在光伏器件、光伏電網系統等方面的應用研究;4)光伏儲能、光伏制氫等交叉應用學科;5)低維半導體物理與光電器件。




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