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(shù)的重要方向。然而，鈣鈦礦材料的穩(wěn)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(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵障礙。
為了突破這一瓶頸，科研人員在過去幾年里發(fā)展了許多策略來提升鈣鈦礦太陽能電池的抗?jié)裥浴?/span>目前優(yōu)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(yōu)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(zhuǎn)換效率和穩(wěn)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(zhì)量和薄膜形貌。
l 封裝技術(shù):開發(fā)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(huán)境中的降解，從而提高電池的使用壽命。
l 穩(wěn)定劑應(yīng)用:使用化學(xué)穩(wěn)定劑來提升鈣鈦礦太陽能電池的熱穩(wěn)定性和光穩(wěn)定性。
l 結(jié)構(gòu)設(shè)計:通過設(shè)計不同的電池結(jié)構(gòu)，例如迭層或多結(jié)鈣鈦礦太陽能電池，以提高其光捕獲能力和光電轉(zhuǎn)換效率。
l 光管理技術(shù):應(yīng)用反射膜、光子晶體等技術(shù)來優(yōu)化光的吸收和利用，提升電池的效率。
l 制備工藝改進:優(yōu)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(zhì)量的鈣鈦礦薄膜。
但現(xiàn)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(wěn)定性。
近期，韓國成均館大學(xué) Nam-Gyu Park 教授團隊在ACS Energy Lett.期刊上發(fā)表了一篇具有開創(chuàng)性的研究成果。他們通過“原位微封裝"的巧妙設(shè)計，為解決鈣鈦礦材料的抗?jié)裥詥栴}提供了一條新的道路。
Nam-Gyu Park 教授是韓國成均館大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院教授，也是韓國成均館大學(xué)能源科學(xué)與技術(shù)研究所（SIEST）的負責(zé)人，他帶領(lǐng)的研究團隊長期專注于鈣鈦礦材料的合成、器件設(shè)計以及性能優(yōu)化方面，在國際期刊發(fā)表過大量高質(zhì)量論文。
【微封裝：巧妙的設(shè)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(huán)氧樹脂 (bisphenol A diglycidyl ether) 和異佛爾酮二胺 (isophorone diamine) 進行原位聚合反應(yīng),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(jié)構(gòu)。
這一巧妙的設(shè)計，不僅有效地提高了鈣鈦礦材料的抗?jié)裥裕?/span>而且為鈣鈦礦太陽能電池的穩(wěn)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(fù)合，提升電池效率。
ii. 隔水防潮: “微封裝"結(jié)構(gòu)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(huán)境的破壞，提高器件穩(wěn)定性。
【開啟鈣鈦礦太陽能電池?zé)o限潛力新時代】
采用“微封裝"技術(shù)制備的鈣鈦礦太陽能電池， 不僅獲得了95倍的抗?jié)裥蕴嵘?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(shù) 對于提高鈣鈦礦太陽能電池抗潮濕能力和穩(wěn)定性的有效性。
此外， 由于“微封裝"技術(shù)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(shù)突破了傳統(tǒng)抗?jié)癫呗缘木窒扌裕?為提高鈣鈦礦太陽能電池的穩(wěn)定性提供了一種全新的思路。 這項研究成果具有巨大的應(yīng)用潛力， 為鈣鈦礦太陽能電池的實際應(yīng)用打下了堅實的基礎(chǔ)。
未來， 科研人員可以進一步研究“微封裝"技術(shù)， 探索更優(yōu)的材料和制備工藝， 實現(xiàn)更高效、更穩(wěn)定的鈣鈦礦太陽能電池， 為推動可再生能源的發(fā)展貢獻更大的力量。
該團隊通過巧妙的原位微封裝技術(shù)， 成功克服了鈣鈦礦太陽能電池的抗?jié)裥詥栴}， 顯著提升了其效率和穩(wěn)定性， 為鈣鈦礦太陽能電池的應(yīng)用打開了新的思路， 推動了光伏技術(shù)的不斷發(fā)展。
重要技術(shù)參數(shù)：
抗?jié)裥?/span>:提高了95倍的抗?jié)裥?/span>
長期穩(wěn)定性:在70%的相對濕度下，保持80%的初始效率超過165小時。
關(guān)鍵技術(shù):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(shù)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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多功能:QE-R系統(tǒng)不僅可以進行EQE測量，還可以進行反射率、透射率等光學(xué)特性的測量，具有多功能性。
文獻參考自ACS Energy Lett. 2024 _ DOI: 10.1021/acsenergylett.4c01150
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