高效率、低製造成本的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（perovskite solar
cells）被視為革命性光伏技術(shù)，可進(jìn)一步降低發(fā)電成本，推動(dòng)綠色可再生能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與減碳目標(biāo)。然而，當(dāng)前高效鈣鈦礦太陽(yáng)能電池仍面臨嚴(yán)峻的穩(wěn)定性挑戰(zhàn)，尤其是在高溫條件下長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行，嚴(yán)重阻礙該技術(shù)的商業(yè)化進(jìn)程。
嶺南大學(xué)（嶺大）跨學(xué)科學(xué)院助理教授吳聖釩教授參與香港城市大學(xué)、中科院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院以及吉林大學(xué)團(tuán)隊(duì)，開(kāi)發(fā)出一種「自組裝單分子層（self-assembled monolayers, SAMs）穩(wěn)定策略」，可大幅提升高效鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的高溫運(yùn)行穩(wěn)定性，進(jìn)而提升鈣鈦礦光伏的商業(yè)可行性。吳聖釩教授爲(wèi)共同通訊作者，有關(guān)論文發(fā)表於國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《自然》（Nature）。這是嶺南大學(xué)跨學(xué)科學(xué)院首次以通訊作者身份在《自然》發(fā)表文章。
研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)設(shè)計(jì)「可交聯(lián)的自組裝分子」（JJ24），並與既有的空穴選擇性SAM分子共組裝，在經(jīng)過(guò)160 ℃短時(shí)加熱後，JJ24與鄰近空穴選擇性SAM分子中的烷基鏈形成穩(wěn)定共價(jià)鍵。該策略同時(shí)帶來(lái)三項(xiàng)裨益：一是顯著提升SAM分子構(gòu)象穩(wěn)定性，避免襯底暴露所引發(fā)的鈣鈦礦降解；二是改善SAM分子取向與偶極矩，使襯底功函數(shù)下移，以此增強(qiáng)電荷提取和減少能量損失；三是幫助SAM前驅(qū)體溶液中的溶質(zhì)分散，改善SAM在襯底上的致密度，以提升器件重現(xiàn)性與可擴(kuò)展性。
基於上述嶄新方法製備的反式鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，實(shí)現(xiàn)了百分之26.98的能量轉(zhuǎn)換效率，經(jīng)第三方權(quán)威機(jī)構(gòu)認(rèn)證效率為百分之26.82。而且在國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）制定的嚴(yán)苛穩(wěn)定性測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)下（ISOS-L-2），實(shí)現(xiàn)了連續(xù)運(yùn)行1000小時(shí)無(wú)效率衰減，並於-40 ℃至85 ℃之間重複冷熱循環(huán)700次後，仍保持超過(guò)百分之98的初始效率。
本研究項(xiàng)目的共同通訊作者、嶺大跨學(xué)科學(xué)院助理教授吳聖釩教授進(jìn)一步解釋：「此次研究的突破，在於同時(shí)實(shí)現(xiàn)了接近百分之27的能量轉(zhuǎn)換效率，以及在85 ℃高溫條件下，長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行無(wú)效率衰減的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池。此外，我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該策略適用於各種主流SAM分子，因而具有良好普適性，並在放大太陽(yáng)能電池面積過(guò)程中，展示出良好的可擴(kuò)展性，有望在未來(lái)三至五年內(nèi)推動(dòng)大面積鈣鈦礦太陽(yáng)能模組的實(shí)際部署與應(yīng)用?！?/p>
有關(guān)研究成果已於《自然》上發(fā)表，文章題爲(wèi)《Toughened self-assembled monolayers for durable perovskite solar cells》。該項(xiàng)科研工作實(shí)現(xiàn)了嶺南大學(xué)跨學(xué)科學(xué)院在國(guó)際最頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊的首次突破，展現(xiàn)了學(xué)院及大學(xué)在新能源領(lǐng)域的研究實(shí)力，爲(wèi)推動(dòng)新一代光伏技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化和大規(guī)模應(yīng)用奠定了重要基礎(chǔ)。 （記者 楊琪）
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