华中科大全印刷介观钙钛矿太阳能电池研究获突破

七月十八日出版的《科学》(Science)杂志刊发了华中科技大学韩宏伟课题组在国家自然科学基金委员会青年基金(项目编号61106056)资助下完成的有关全印刷介观钙钛矿太阳能电池研究的新成果。

充分利用太阳能是解决目前人类面对的能源短缺和环境污染等问题的根本途径。作为第三代太阳能电池的代表，基于介观尺度的无机或有机半导体材料及三维互穿网络结构的新型介观太阳能电池因其有望实现廉价获取能源而受到各国科研工作者的关注。特别是近两年，随着钙钛矿材料如MAPbI3(碘铅甲胺)的应用，这种介观太阳能电池以超乎寻常的速度发展，光电转换效率从3.8%快速提升至17.9%，显示出良好的应用前景。然而遗憾的是，获得该效率的太阳能电池所采用的有机空穴传输材料及金对电极不仅价格昂贵(据报道有机空穴传输材料spiro-OMeTAD价格为金或铂的10倍)，且需高真空等高能耗加工过程。因此，如何在廉价条件下实现高效稳定的全固态介观太阳能电池依然是实现太阳能大规模应用的关键问题。

借鉴钙钛矿太阳能电池的发展，韩宏伟课题组通过引入两性分子开发出混合阳离子型钙钛矿材料(5-AVA)x(MA)(1-x)PbI3(碘铅甲胺-5-氨基戊酸)，并将其应用于无空穴传输材料可印刷介观太阳能电池中。其特点是在单一导电衬底上通过逐层印刷方式涂覆二氧化钛纳米晶膜、氧化锆绝缘层、碳对电极层，之后填充钙钛矿材料。这一关键技术实现了介观太阳能电池低成本和持续生产工艺的完美结合。结果显示这种新材料的应用不仅获得了12.84%的光电转换效率，且器件显示出良好的重复性及稳定性。该光电转换效率获得美国Newport公司独立光伏实验室权威公证，为目前国际上无空穴传输材料型钙钛矿太阳能电池最高效率。

图A、全印刷介观钙钛矿太阳能电池结构示意图;B、能级示意图;C、钙钛矿MAPbI3晶体结构示意图。

韩宏伟课题组所开发的全印刷介观太阳能电池适应了光伏产业对廉价太阳能电池的需求。审稿人评价说，这项突破性研究成果将对未来太阳能电池的发展出现巨大的影响。