鲁东大学张树芳教授和南通大学胡延强博士团队:高性能钙钛矿太阳能电池铅泄漏及其防护

鲁东大学张树芳教授和南通大学胡延强博士团队:高性能钙钛矿太阳能电池铅泄漏及其防护
在过去的十年中,钙钛矿太阳能电池在提高光电转换效率方面取得了前所未有的进展,与传统太阳能电池相比也有着与之相当的稳定性,因而被认为是最有前途的光伏技术之一。然而,钙钛矿中的水溶性铅具有高毒性,潜在的铅泄漏仍然是该技术商业应用的最大障碍。为此,鲁东大学张树芳教授和南通大学胡延强博士团队在钙钛矿太阳能电池铅防护方面取得了一系列重要研究进展。在能源与材料领域国际著名期刊Advanced Functional MaterialsChemical Engineering JournalSmall MethodsSolar RRL发表系列论文四篇。

1. Small Methods:苯基苯并咪唑磺酸对钙钛矿太阳能电池性能改善和铅泄漏抑制具有双重作用
该文章通过在钙钛矿前驱体溶液中添加一种几乎不溶于水的两性苯基苯并咪唑磺酸(PBSA),同时实现了结晶生长的调节和缺陷钝化,并减少了高性能器件的铅泄漏。此外,在 0.09 cm2 的器件中实现了 23.27% 的光电转换效率,对于孔径面积为 19.32 cm2 的大面积模块也获得了 15.31% 的光电转换效率,并且器件具有优良的稳定性。
鲁东大学张树芳教授和南通大学胡延强博士团队:高性能钙钛矿太阳能电池铅泄漏及其防护
Hu Y, He Z, Jia X, Zhang S, Tang Y, Wang J, Wang M, Sun G, Yuan G, Han L. Dual functions of performance improvement and lead leakage mitigation of perovskite solar cells enabled by phenylbenzimidazole sulfonic acid[J]. Small Methods, 2022, 6(2): 2101257.
文章链接:
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/smtd.202101257

2. Sol. RRL:D-青霉胺引入SnO2层制备环境友好型高性能钙钛矿太阳能电池
该文通过在 SnO2电子传输层中引入多功能界面交联剂D-青霉胺 (DPM) 改善了 SnO2 与上部钙钛矿之间的界面接触。DPM可以通过酯化反应钝化 SnO2表面的缺陷,通过调节界面能级排列促进钙钛矿电荷的提取,通过与铅离子形成配位键改善钙钛矿薄膜的质量。使得光电转换效率由22.44%提升至24.09%。 此外,未封装的 DPM 改性器件表现出比原始器件更好的储存稳定性、热稳定性、光稳定性以及泄漏的铅离子的原位吸收能力。
鲁东大学张树芳教授和南通大学胡延强博士团队:高性能钙钛矿太阳能电池铅泄漏及其防护
He Z, Hu Y, Sun G, Song W, Wang X, Zhang S, Wang J, Wang M, Sun T, Tang Y. Simultaneous Chemical Crosslinking of SnO2 and Perovskite for High‐Performance Planar Perovskite Solar Cells with Minimized Lead Leakage[J]. Solar RRL, 2022: 2200567.
文章链接:
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/solr.202200567

3. CEJ:整体界面修饰策略用于提高钙钛矿太阳能电池性能并减少铅泄露
该文证明整体界面修饰策略可通过修改钙钛矿层和电荷传输层等功能层之间的相关界面来有效提高电池的性能和稳定性并防止铅泄漏。同分异构体BZP分子可以减缓紫外光对过氧化物的降解,调整界面之间的能级排列,而不溶于水的PBSA和Pb2+之间的强配位有助于钝化过氧化物的表面缺陷,防止Pb2+渗漏到环境中。PBSA对泄漏的 Pb2+ 具有出色的吸收能力,优化后的电池组件的铅泄漏也得到了有效抑制,获得了24.14% (0.09 cm2 ) 的效率和 17.36% (19.32 cm2 ) 的模块效率,同时T90 和 T80 寿命在持续光照下也分别超过了 1130 小时和 2000 小时。
鲁东大学张树芳教授和南通大学胡延强博士团队:高性能钙钛矿太阳能电池铅泄漏及其防护
Hu Y, Song W, Wang X, Shi X, Jia X, He Z, Zhang S, Yuan G, Wang M, Wang J, Sun J, Sun T, Tang Y. A holistic sunscreen interface strategy to effectively improve the performance of perovskite solar cells and prevent lead leakage[J]. Chemical Engineering Journal, 2022, 433: 134566.
文章链接:
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894722000742

4. AFM:铅安全钙钛矿太阳电池的研究进展
本文综述了铅的毒性、钙钛矿中铅泄漏对环境的影响以及开发无铅钙钛矿所做出的努力,介绍了近年来在减少铅泄漏方面取得的进展,重点介绍了钙钛矿太阳能电池封装层和功能层中应用的铅螯合材料,并简要总结了从损坏或退役的器件中回收铅的方法。这篇综述可以作为有兴趣促进钙钛矿太阳能电池从开发到应用的研究人员的指南。
鲁东大学张树芳教授和南通大学胡延强博士团队:高性能钙钛矿太阳能电池铅泄漏及其防护
Gao Y, Hu Y, Yao C, Zhang S. Recent advances in lead-safe perovskite solar cells[J]. Advanced Functional Materials, 2022, DOI: 10.1002/adfm.202208225.

主要作者介绍
鲁东大学张树芳教授和南通大学胡延强博士团队:高性能钙钛矿太阳能电池铅泄漏及其防护
胡延强,南通大学化学化工学院校聘副教授,2021年于南京理工大学获得博士学位。目前主要研究方向为高效有机-无机杂化/全无机钙钛矿太阳能电池的制备及稳定性研究。

鲁东大学张树芳教授和南通大学胡延强博士团队:高性能钙钛矿太阳能电池铅泄漏及其防护
何正言,鲁东大学物理与光电工程学院研究生。目前主要研究方向   为钙钛矿太阳能电池的铅泄露与防护。

鲁东大学张树芳教授和南通大学胡延强博士团队:高性能钙钛矿太阳能电池铅泄漏及其防护
高瑜霜,鲁东大学物理与光电工程学院研究生。目前主要研究方向为钙钛矿太阳能电池的铅泄露与防护。

鲁东大学张树芳教授和南通大学胡延强博士团队:高性能钙钛矿太阳能电池铅泄漏及其防护
张树芳,鲁东大学物理与光电工程学院教授,“泰山学者”青年专家。从事新型太阳能电池器件材料及机理研究,近年来重点研究钙钛矿太阳能电池环境安全性及铅泄露的防护问题。发表论文100余篇,部分研究成果发表在《Energy & Environmental Science》、《Advanced Energy Materials》、《ACS Energy Letters》等能源领域著名学术期刊上,5篇论文入选ESI高被引论文,  其中单篇引用最高达660次。

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参考文献: