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华东师大方俊锋团队在钙钛矿电池的工作稳定性方面取得重要进展


发布时间:2020-12-29

  华东师大物理与电子科学学院方俊锋团队针对钙钛矿电池中电极易被腐蚀进而影响器件稳定性这一关键科学问题,提出采用电极化学防腐的研究思路和解决方案,实现钙钛矿电池连续工作稳定性的大幅提升。相关工作于近期发表在Science Advances上(Sci.Adv.2020,6,eabd1580)。该工作以华东师大为第一单位,并与中科院宁波材料所合作完成。李晓冬专任副研究员为论文第一作者,方俊锋教授为论文唯一通讯作者。

Science Advances刊发方俊锋团队在钙钛矿电池的工作稳定性方面取得重要进展

  钙钛矿太阳能电池成本低、效率高。但是稳定性,尤其是光照和负载下的连续功率输出是制约其商业化的关键瓶颈问题。要提高钙钛矿电池的稳定性,除了优化器件中的钙钛矿层和电荷传输层外,金属电极在工作老化过程中的腐蚀也是一个不可忽略的重要因素。一方面,钙钛矿与金属电极之间的反应会加速钙钛矿自身的分解;另一方面,钙钛矿内部离子(碘组分)迁移后与金属电极反应,会使原本可逆的离子移动变得不可逆,进一步造成电池的永久性衰减。

  方俊锋团队在前期原位交联策略提升钙钛矿层稳定性的基础上(Nat.Commun.2018,9,3806),进一步围绕钙钛矿电池中电极腐蚀这一问题,提出电极化学防腐的概念,采用有机防腐蚀抑制剂苯并三氮唑(BTA,图1)来抑制钙钛矿电池中Cu电极的腐蚀;利用BTA与Cu之间的相互作用,在电极表面形成一层致密的聚合物薄膜,从而抑制Cu在富碘环境下的化学腐蚀以及电场下的电化学腐蚀,在不显著影响电池效率的前提下,实现钙钛矿电池稳定性的大幅提升。钙钛矿电池在经过1000小时的连续功率输出后(光照、负载),仍能稳定在初始效率的~90%(图1)。此外,器件的空气(水氧)稳定性和热(85°C)稳定性也有明显提升,分别经过2500小时或者1000小时的老化后,均能保持在初始效率的90%以上。

图1:苯并三氮唑的工作机制及其相应钙钛矿电池的工作稳定性

  李晓冬博士2019年11月入职华东师范大学任专职副研究员,主要从事钙钛矿电池稳定性方面的工作,目前以第一作者在Sci. Adv.、Nat. Commun.、Adv. Energy. Mater.、Nano Energy等期刊发表论文13篇,其中ESI热点论文1篇;获得国家自然科学基金青年基金、浙江省自然科学基金等项目资助。方俊锋教授2019年以“紫江优秀青年”加入华东师范大学,长期从事有机光电材料与器件、钙钛矿类杂化光电材料与器件方面的研究工作,在Sci. Adv.、Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.等SCI期刊发表论文100余篇,曾主持获得多项国家自然科学基金、中组部万人计划青年拔尖、中科院前沿科学重点研究计划、中科院百人计划等项目。

  附:论文链接https://advances.sciencemag.org/content/6/51/eabd1580



图文、来源|物理与电子科学学院 编辑|宁沛灵 编审|郭文君


作者: | 信息来源:新闻网 | 浏览次数:13

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