鈣鈦礦太陽能電池（PSC）憑借其高效率、 低成本和可制備性， 成為了下一代光伏技術的重要方向。 然而， 鈣鈦礦材料的穩定性問題， 尤其是其對濕度的敏感性， 一直是限制其走向大規模應用的關鍵障礙。
為了突破這一瓶頸， 科研人員在過去幾年里發展了許多策略來提升鈣鈦礦太陽能電池的抗濕性。 目前優化的鈣鈦礦太陽能電池的研究方法主要包括以下幾個方面：
l 材料組分優化: 通過改變鈣鈦礦層的組分，例如摻雜不同的陽離子或陰離子， 來提高其光電轉換效率和穩定性。
l 界面工程: 改善鈣鈦礦層與電極之間的界面， 減少界面缺陷和能量損失， 提高電池的整體效率。
l 添加劑使用: 在鈣鈦礦材料中引入添加劑， 例如配位溶劑和配位添加劑， 以改善晶體質量和薄膜形貌。
l 封裝技術: 開發高效的封裝方法來保護鈣鈦礦材料， 減少其在潮濕和氧氣環境中的降解， 從而提高電池的使用壽命。
l 穩定劑應用: 使用化學穩定劑來提升鈣鈦礦太陽能電池的熱穩定性和光穩定性。
l 結構設計: 通過設計不同的電池結構， 例如迭層或多結鈣鈦礦太陽能電池， 以提高其光捕獲能力和光電轉換效率。
l 光管理技術: 應用反射膜、 光子晶體等技術來優化光的吸收和利用， 提升電池的效率。
l 制備工藝改進: 優化鈣鈦礦薄膜的制備工藝， 例如旋涂法、 氣相沉積法等， 以獲得高質量的鈣鈦礦薄膜。
但現有的方法往往存在局限性， 例如： 僅僅覆蓋在材料表面的保護層無法有效阻止水分進入鈣鈦礦層， 或在器件制備過程中引入額外的材料， 可能會降低效率或者影響材料的穩定性。
近期， 韓國成均館大學 Nam-Gyu Park 教授團隊 在 ACS Energy Lett. 期刊上發表了一篇具有開創性的研究成果。 他們通過 “原位微封裝" 的巧妙設計， 為解決鈣鈦礦材料的抗濕性問題提供了一條新的道路。
Nam-Gyu Park 教授是韓國成均館大學化學工程學院教授， 也是韓國成均館大學能源科學與技術研究所（SIEST） 的負責人， 他帶領的研究團隊長期專注于鈣鈦礦材料的合成、 器件設計以及性能優化方面， 在國際期刊發表過大量高質量論文。
【微封裝： 巧妙的設計， 為鈣鈦礦太陽能電池筑起一道堅固的防線】
該團隊突破性地使用 環氧樹脂 (bisphenol A diglycidyl ether) 和 異佛爾酮二胺 (isophorone diamine) 進行原位聚合反應, 在鈣鈦礦材料的晶界處形成了一層致密的聚合物薄膜， 將鈣鈦礦晶粒包裹起來， 形成了類似“微封裝"的結構。
這一巧妙的設計， 不僅有效地提高了鈣鈦礦材料的抗濕性， 而且為鈣鈦礦太陽能電池的穩定性帶來了雙重益處:
i. 缺陷鈍化: “微封裝" 可以有效地鈍化鈣鈦礦材料表面的缺陷， 減少了界面處的不良復合， 提升電池效率。
ii. 隔水防潮: “微封裝" 結構如同一道屏障， 阻擋了水分進入鈣鈦礦層， 有效保護鈣鈦礦材料免受潮濕環境的破壞， 提高器件穩定性。
【開啟鈣鈦礦太陽能電池無限潛力新時代】
采用 “微封裝" 技術制備的鈣鈦礦太陽能電池， 不僅獲得了 95 倍的抗濕性提升， 更保持了 80% 的初始效率 165 小時。 這一成果證明了 “微封裝" 技術 對于提高鈣鈦礦太陽能電池抗潮濕能力和穩定性的有效性。
此外， 由于 “微封裝" 技術是一種原位操作， 沒有引入額外的材料， 因此能夠保留材料的特性， 提升電池性能， 降低制造成本。
“微封裝" 技術突破了傳統抗濕策略的局限性， 為提高鈣鈦礦太陽能電池的穩定性提供了一種全新的思路。 這項研究成果具有巨大的應用潛力， 為鈣鈦礦太陽能電池的實際應用打下了堅實的基礎。
未來， 科研人員可以進一步研究“微封裝"技術， 探索更優的材料和制備工藝， 實現更高效、更穩定的鈣鈦礦太陽能電池， 為推動可再生能源的發展貢獻更大的力量。
該團隊通過巧妙的原位微封裝技術， 成功克服了鈣鈦礦太陽能電池的抗濕性問題， 顯著提升了其效率和穩定性， 為鈣鈦礦太陽能電池的應用打開了新的思路， 推動了光伏技術的不斷發展。
重要技術參數：
抗濕性: 提高了 95 倍的抗濕性
長期穩定性: 在 70% 的相對濕度下， 保持 80% 的初始效率超過 165 小時。
關鍵技術: 原位微封裝
參考文獻
Microencapsulation of Grain Boundaries for Moisture-Stable Perovskite Solar Cells _ ACS Energy Lett. 2024 _ DOI: 10.1021/acsenergylett.4c01150
【本研究參數圖】
Figure S15. (a) Statistical photovoltaic parameters of reverse scanned (solid lines) and forward scanned (dashed lines) Jsc, Voc, FF and PCE and (b) best performing J-V data of control, R-, Hand PoEC-processed PSCs. Perovskite films were not post-treated with 4MeO-PEAI
Figure S19. EQE and integrated Jsc of the control and PoEC-processed PSCs
Figure S20. (a) Ideality factors derived from light intensity dependent Voc from J-V curves for
(b) control and (c) PoEC-processed PSCs.
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文獻參考自 ACS Energy Lett. 2024 _ DOI: 10.1021/acsenergylett.4c01150
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