近日，中國科學院大連化學物理研究所潔凈能源國家實驗室太陽能研究部研究員劉生忠?guī)ьI的團隊與陜西師范大學合作，運用固態(tài)離子液體作為電子傳輸材料，制備出效率達到16.09%的柔性鈣鈦礦太陽能電池，突破了目前柔性器件的最高效率。
       對于理想的光伏器件，其應當具有光電轉換效率高、制造成本低、質量輕、壽命長等特點。以有機鉛鹵化物鈣鈦礦作為光吸收材料的太陽能電池，雖然具有較高的能量轉換效率（約20%），且可以通過低成本、操作簡單的溶液法制備獲得，但由于其在自然環(huán)境下的連續(xù)工作穩(wěn)定性較差，使其距離大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)尚有一定距離。
       柔性太陽能電池由于具有質量輕，便攜，易于運輸、安裝等優(yōu)點被廣泛關注。目前，高效鈣鈦礦太陽能電池均采用典型的三明治構型（陰極/電子傳輸層/鈣鈦礦吸光層/空穴傳輸層/陽極）。一般的界面層材料需要高溫處理 (>450℃)，此過程不僅增加了能耗，同時也限制了高效柔性鈣鈦礦太陽能電池的應用。針對此問題，該團隊前期在室溫下利用磁控濺射制備了高透光、高載流子遷移率的氧化鈦電子傳輸層，基于此材料的柔性鈣鈦礦薄膜電池效率達到15.07%，是當時的最高效率。相關結果發(fā)表在《能源環(huán)境科學》（Energy Environ. Sci., 2015, 8, 3208-3214, DOI: 10.1039/C5EE02155C）上。
       氧化鈦在光催化、敏化太陽能電池以及傳感器等許多領域都得到了廣泛的研究。氧化鈦（化學式:TiO₂，式量:79.87）白色粉末。熔點1840℃，沸點2900℃，密度4.26g/mL（25℃），折射率2.61。常溫常壓下穩(wěn)定。不溶于水，不溶于鹽酸、硝酸和稀硫酸。溶于熱濃硫酸、氫氟酸。是弱的兩性氧化物，與硫酸氫鉀熔融生成硫酸鈦；與氫氧化鈉熔融生成鈦酸鈉。用作重要的白色顏料和瓷器釉藥，還用于制金屬鈦、鈦鐵合金、硬質合金。橡膠、造紙用作填料。電機工業(yè)用于制絕緣體、電瓷等。工業(yè)上用硫酸分解鈦鐵礦，除鐵后再經(jīng)水解制得。
        最近，該團隊發(fā)現(xiàn)利用一種固態(tài)離子液體作為鈣鈦礦太陽能電池的電子傳輸材料可以有效提高器件的效率，還可以很好地抑制器件中的電流-電壓滯后效應，制備的柔性電池效率達到16.09%，突破了目前柔性器件的最高效率。優(yōu)異的器件性能主要歸因于該離子液體具有很好的光增透作用、較高的電子遷移率和合適的能級，同時離子液體可以減少鈣鈦礦薄膜的缺陷。這一研究成果為實現(xiàn)低成本、大面積柔性鈣鈦礦太陽能電池推廣提供了切實可行的途徑。
       在外電場作用下液態(tài)介質內的電子受到加速而遷移，稱電子遷移。遷移率(單位場強下的電子遷移速率)是沿著外電場施加于電子上的作用力方向，通常小于無規(guī)熱運動速率，其大小由介質阻礙與外場加速間達到的平衡來確定，是一個平均速率。
       該研究工作得到了中央高校基金、長江學者和創(chuàng)新團隊“111計劃”和“千人計劃”項目的資助。
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