[交大智慧]上海交大团队在太阳能电池研究领域连获突破性进展[图]
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近日，上海交通大学环境科学与工程学院“青年千人计划”获得者赵一新特别研究员带领其可再生能源研究团队在高性能太阳能电池的制备与内在机理研究方面连续取得突破性进展，先后在化学权威期刊《Journal of the American Chemical Society》（SCI影响因子IF 11.444），《Journal of Physical Chemistry Letters》（SCI影响因子IF 6.7）和《Journal of Materials Chemistry A》（SCI影响因子IF 6.6）上连续发表4篇高效率钙钛矿太阳能电池相关研究论文，这些原创性研究成果一经发表即受到业界的广泛关注。
当前市场上主流的太阳能电池通常为光伏硅电池，该种电池使用的晶体硅，生产工艺复杂，生产成本较高，能耗较大。而最新异军突起的钙钛矿太阳能电池则采用廉价的铅、卤素及胺盐，这些原料在地球上储量极其丰富，大大降低了太阳能电池制作成本。同时，钙钛矿太阳能电池制作技术简单，只需将合成的钙钛矿液体涂刷在透明的导电基片上，通过控制钙钛矿制备的条件来控制吸收的太阳光光谱，从而达到控制电池的光电效率和透光量之间的平衡。同时，钙钛矿太阳能电池薄膜可以制备成色彩斑斓的太阳能电池片，有望作为装饰材料用于建筑行业，这样既使建筑物增加了美感和艺术气息，又实现了清洁能源的利用。钙钛矿太阳能电池制作过程类似胶片涂刷，操作简单，便于大规模生产。因其成本低、效率高等显著优势成为近两年全球太阳能电池领域的研究热点。
钙钛矿太阳能电池研究的一个难点是如何获得连续、致密的高质量的铅卤钙钛矿薄膜层。上海交大可再生能源研究团队创造性的将CH 3 NH 3 Cl作为形貌控制剂，成功制备出光滑致密的钙钛矿层，解决了这项关键技术难题。该添加剂可同时改变旋涂钙钛矿的晶体生长并且调整所产钙钛矿膜的形貌，这种新方法解决了常规的一步法钙钛矿薄膜结晶过程对温度、湿度要求苛刻且耗时长的缺点，同时解决了两步法前驱体中碘化铅残留等物质对电池效率的不良影响。通过光滑致密的钙钛矿层制备的高质量的混合型铅卤钙钛矿CH 3 NH 3 PbI 2 Br的光电转化效率达到国际领先水平，相关成果发表在国际权威期刊J. Am. Chem. Soc. ( DOI: 10.1021/ja5071398)和J. Mater. Chem. A ( DOI: 10.1039/C4TA05384B)上。
钙钛矿太阳能电池研究中另外一个亟待探明的问题是钙钛矿薄膜中碘化铅残留对于太阳能电池性能的影响。已有一些研究成果表明，碘化铅的存在对于电池的效率存在不良影响，而另外一些文献报道则显示碘化铅对太阳能电池的效率有促进作用。为深入探究其内在机制，上海交大可再生能源研究团队借助飞秒激光超快光谱对钙钛矿电池的电子注射进行研究，证明在一定情况下少量碘化铅的存在有利于电池效率的提升。这一研究成果为今后铅卤钙钛矿太阳能电池的杂质调控提供了指导性的建议，相关研究成果发表在权威期刊J. Am. Chem. Soc. ( DOI: 10.1021/ja504632z)上。
上海交大可再生能源研究团队自成立以来一直受到学校、学院的大力支持，迅速实现了一流平台建设，获得来自国家自然科学基金、国家青年千人资助计划和学校985工程三期项目的资助，并与美国可再生能源国家实验室、凯斯西储大学等国际机构和大学积极开展紧密的科研合作。除钙钛矿太阳能电池研究之外，该团队也同时进行环境功能光电材料上的研究。该团队希望能够和交大的其他科研团队积极进行钙钛矿太阳能电池的合作，共同为创建绿色能源的美好未来而努力。
四篇论文：
1、Efficient Planar Perovskite Solar Cells Based on 1.8 eV Band Gap CH3NH3PbI2Br Nanosheets via Thermal Decomposition J. Am. Chem. Soc., 2014, 136 , 12241
2、Femtosecond Time-Resolved Transient Absorption Spectroscopy of CH3NH3PbI3 Perovskite Films: Evidence for Passivation Effect of PbI2. J. Am. Chem. Soc., 2014, 136 , 12205
3、Solution Chemistry Engineering toward High-Efficiency Perovskite Solar Cells. J. Phys. Chem. Lett. 2014, 5, 4175.
4、Three-step sequential solution deposition of PbI2-free CH3NH3PbI3 perovskite. J. Mater.Chem.A., DOI: 10.1039/c4ta05384b)