让太阳能电池更长寿！我院严纯华/孙聆东课题组参与合作研究的成果入选“2019年度中国科学十大进展”！

发布时间：2020-02-28　　　来源:北大化学

编者按

近日，2019年度中国科学十大进展正式发布，北京大学工学院周欢萍课题组、化学学院严纯华/孙聆东课题组的研究成果“阐明铕离子对提升钙钛矿太阳能电池寿命的机理”入选。

该项成果对于促进钙钛矿太阳电池走向商业化获得清洁廉价的能源具有重要意义。

阐明铕离子对提升钙钛矿太阳能电池寿命的机理

第三代太阳能电池的缺陷

钙钛矿太阳能电池自2009年出现以来，已经成为效率最高的薄膜太阳能电池，是广受关注的新一代光伏技术。然而在电池的使用过程中，其效率会快速下降，它的稳定性严重影响了其商业化进程，是目前产业化的主要障碍。

在电池的制造和使用过程中，电池活性层中将会不断产生Pb⁰和I⁰缺陷，这会明显降低电池的效率和使用寿命。

北大团队的解决方案

传统改进太阳能电池的方法，主要是通过组分优化、封装，界面改性和紫外光过滤，可以有效的抑制如氧气、水分和UV光等因素导致的性能下降，从而提升器件的稳定性。然而要进一步提高器件的寿命，需要发展一种长期有效的方法以抑制使役过程中材料的本征缺陷。

Eu³⁺/Eu²⁺氧化还原梭大幅提升铅碘钙钛矿太阳能电池工作寿命

为提高本征稳定性，北京大学工学院周欢萍课题组、化学与分子工程学院严纯华/孙聆东课题组及其合作者提出，通过在钙钛矿活性层中引入铕离子对（Eu³⁺/Eu²⁺）作为“氧化还原梭”，同时消除Pb⁰和I⁰缺陷，进而大幅提升器件使用寿命。该离子对零价Pb⁰和I⁰缺陷形成闭合循环。由于离子本身并不消耗，因而可以长期发挥作用。

电池效率稳定性明显提升

该离子对在器件使用过程中的最高效率最高达到了21.52%（认证值为20.52%），并且没有明显的迟滞现象。同时，引入铕离子对的薄膜器件表现出优异的热稳定性和光稳定性，在连续太阳光照或85°C加热1000小时后，器件仍可分别保持原有效率的91%和89%；在最大功率点连续工作500小时后保持原有效率的91%。

该方法解决了铅卤钙钛矿太阳能电池中限制其稳定性的一个重要的本质性因素，可以推广至其他的钙钛矿光电器件，对于其他面临类似问题的无机半导体器件也具有参考意义。相关研究进展发表在2019年1月18日Science [363(6424):265—270]上。

团队介绍

周欢萍，2010年获北京大学博士学位，2010—2015年美国加州大学洛杉矶分校材料科学与工程系博士后。2015年6月至今任北京大学工学院材料科学与工程系博士生导师，特聘研究员。主要研究方向为光电功能材料及新型太阳能电池。2017年获国家优秀青年科学基金资助，2018年入选《麻省理工科技评论》第18届“全球35位35岁以下科技创新青年”。