近日，化工学院段加龙副教授（学术教授）、唐群委教授等人在全无机钙钛矿太阳能电池领域取得最新进展，相关成果以“Accelerating Thermal Transfer in Perovskite Films for High-Efficiency and Stable Photovoltaics”为题发表在权威期刊Advanced Functional Materials上（中科院Top一区，影响因子：19.0）。

研究背景

近年来，钙钛矿太阳能电池迅猛发展，其光电转换效率已高达26.1%，与晶硅电池相媲美。然而，电池性能在高湿、高温、氧气和/或紫外线光照条件下的快速衰减阻碍了该类器件的商业化进程，这与快速结晶过程中形成的有害缺陷密切相关。虽然研究人员通过优化制备工艺、界面调控等策略提升了薄膜的质量，大幅降低了薄膜的缺陷态密度，有利于提高晶格抗湿和光稳定性，但仍然无法避免器件在光照过程中产生的热量堆积，从而导致钙钛矿太阳电池的性能迅速下降。因此，开发一种可行的策略来加速从器件到环境的散热过程，以最大限度地提高钙钛矿太阳电池的功率输出和长期稳定性是一项挑战。

成果介绍

通过对多壁碳纳米管（MWCNTs）进行表面酸化处理，使其具有丰富的含氧官能团，并将其作为添加剂来调节最终钙钛矿薄膜的结晶学和导热特性。得益于钙钛矿与MWCNTs之间的相互作用，以及MWCNTs介导的热传递特性，该方法不仅可以获得高结晶度、低缺陷的高质量钙钛矿膜，而且有利于提升钙钛矿薄膜的导热性能，使钙钛矿太阳电池的工作温度从42.5 ℃自冷却至38.5 ℃。最终，基于碳基全无机CsPbIBr₂和CsPbI₂Br钙钛矿太阳电池的分别获得11.78%和15.14%的光电转换效率，而基于正式和反式的(FA_0.83MA_0.17)_0.95Cs_0.05Pb(I_0.9Br_0.1)₃钙钛矿太阳电池的效率则分别为22.13%和23.05%。未封装的最优器件在空气中储存2800 h后仍维持> 94%的光电转换效率，在85 ℃热老化1300 h后和持续光照运行350 h后的稳定性分别提高了近1.5倍和40倍，为高效稳定的钙钛矿太阳能电池的发展提供了新的途径。

该研究成果得到国家重点研发计划、山东省泰山学者专项资金、国家自然科学基金面上项目、国家自然科学基金青年项目等项目的支持。

论文链接：

https://doi.org/10.1002/adfm.202308036