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基于铜酞菁和碳对电极的钙钛矿太阳能电池的研究新进展

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    有机无机杂化的钙钛矿(ABX3)这一类材料作为光敏剂在固态染料敏化太阳能电池技术中的成功应用,诞生了新一代钙钛矿电池,并且成功的引导了第三代太阳能电池的进步。作为2013年“世界十大科技突破”之一,钙钛矿电池在短短四年内,效率已经超过22.1%,极大地挑战了传统的光伏技术。钙钛矿电池具有成本低廉、工艺简单(适用于各种产业化技术,包括溶液操作、卷对卷加工、热蒸镀等)等优势,但是钙钛矿电池的发展也面临着严峻的挑战:自然环境稳定性瓶颈,以及Pb的毒性、环境污染和材料循环利用等关键技术问题。

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精细化工国家重点实验室孙立成教授团队的杨希川副教授和他指导的博士研究生张福国率先将廉价的、无掺杂的、纳米棒状的酞菁铜 (CuPc) 作为空穴选择性接触材料,取代合成困难、价格昂贵并需要掺杂的空穴传输材料Spiro-OMeTeD,同时,用商业化的对低温碳取代Au作为钙钛矿太阳能电池的对电极。测试发现,酞菁铜纳米棒的应用有效地促进了电荷的分离、抑制了电子的复合,经优化,该类电池获得了目前基于碳对电极最高的光电转换效率16.1% (JSC= 20.8 mA∙cm-2, VOC = 1.05 V, FF = 74%),是目前基于碳对电极效率最高的钙钛矿太阳能电池。此类低成本、高效率的新型钙钛矿太阳能电池展示出优异的稳定性,通过了室内1000小时的光照稳定性测试,为钙钛矿太阳能电池走向产业化解决了很多关键性难题。相关研究结果发表在Nano Energy 2016, 20, 108-116(http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S221128551500470X). 

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