太阳能电池也可兼得“高效”与“长寿”

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    理想的钙钛矿太阳能电池须至少满足两个要求——效率要高，还得用得久。可现实中，太阳能电池往往效率冲得高、成本压得低，但寿命拖后腿。日前，北京大学材料科学与工程学院周欢萍教授团队发表相关成果，提出了基于等离子体的表面工程新策略，先给钙钛矿表面“抛光”、再“上漆”，把“高效”与“长寿”装进同一块电池。
    钙钛矿凭什么被看好？“光电转换效率高、制备成本低、还能做成柔性器件，是公认的下一代光伏技术发展方向。”周欢萍介绍，然而，它有个天生的短板：材料晶格偏“软”，结晶生长、器件加工时，表面很容易长出大量缺陷。这些缺陷像墙上的坑洼，既白白浪费能量、又让离子在材料里乱跑，用不了多久，器件性能就明显下滑。这也成为钙钛矿规模化路上最大的绊脚石。
    怎么填平这些坑洼？科研团队给出的办法，是给钙钛矿表面做一次“精装修”。先用氩气等离子体做物理刻蚀，把表面那层缺陷富集的“毛坯层”磨掉，这就是“抛光”；再用四氟化碳等离子体激活的氟物种，与表面未配位的铅离子原位反应，在钙钛矿表面筑起一层4至7纳米厚、连续致密的氟化铅“保护漆”。透射电镜、能谱分析等测试确认，这层“漆”又匀又牢，还不伤晶体内部结构。
    “处理之后，变化一目了然：钙钛矿与电子传输层界面的缺陷密度降低了约一个数量级，坑洼被填平，能量不再白白流失；表面能级结构随之理顺，电荷提取更顺畅。”周欢萍说。
    “效率与寿命，这次都拿到了高分。”周欢萍介绍，小面积电池实现27.2%的冠军光电转换效率；100平方厘米的太阳能模组达到24.0%，认证效率23.5%。稳定性效果同样优秀：小面积器件在85摄氏度、1个太阳光照射下连续运行2000小时，仍保有初始效率的98.1%；封装模组在65摄氏度下运行1600小时，保有99.3%；紫外老化、热老化、反向偏压、昼夜循环……一道道考验也均顺利通过。
    “等离子体驱动的界面重构，突破了传统气相、液相、固相钝化方法在可控性、大面积均匀性上的限制，为未来高性能钙钛矿光伏组件产业化制备提供了重要技术参考。”周欢萍说。

来源：光明日报