钙钛矿太阳能电池（PSC）凭借其高效率、 低成本和可制备性， 成为了下一代光伏技术的重要方向。 然而， 钙钛矿材料的稳定性问题， 尤其是其对湿度的敏感性， 一直是限制其走向大规模应用的关键障碍。
为了突破这一瓶颈， 科研人员在过去几年里发展了许多策略来提升钙钛矿太阳能电池的抗湿性。 目前优化的钙钛矿太阳能电池的研究方法主要包括以下几个方面：
l 材料组分优化: 通过改变钙钛矿层的组分，例如掺杂不同的阳离子或阴离子， 来提高其光电转换效率和稳定性。
l 界面工程: 改善钙钛矿层与电极之间的界面， 减少界面缺陷和能量损失， 提高电池的整体效率。
l 添加剂使用: 在钙钛矿材料中引入添加剂， 例如配位溶剂和配位添加剂， 以改善晶体质量和薄膜形貌。
l 封装技术: 开发高效的封装方法来保护钙钛矿材料， 减少其在潮湿和氧气环境中的降解， 从而提高电池的使用寿命。
l 稳定剂应用: 使用化学稳定剂来提升钙钛矿太阳能电池的热稳定性和光稳定性。
l 结构设计: 通过设计不同的电池结构， 例如迭层或多结钙钛矿太阳能电池， 以提高其光捕获能力和光电转换效率。
l 光管理技术: 应用反射膜、 光子晶体等技术来优化光的吸收和利用， 提升电池的效率。
l 制备工艺改进: 优化钙钛矿薄膜的制备工艺， 例如旋涂法、 气相沉积法等， 以获得高质量的钙钛矿薄膜。
但现有的方法往往存在局限性， 例如： 仅仅覆盖在材料表面的保护层无法有效阻止水分进入钙钛矿层， 或在器件制备过程中引入额外的材料， 可能会降低效率或者影响材料的稳定性。
近期， 韩国成均馆大学 Nam-Gyu Park 教授团队 在 ACS Energy Lett. 期刊上发表了一篇具有开创性的研究成果。 他们通过 “原位微封装" 的巧妙设计， 为解决钙钛矿材料的抗湿性问题提供了一条新的道路。
Nam-Gyu Park 教授是韩国成均馆大学化学工程学院教授， 也是韩国成均馆大学能源科学与技术研究所（SIEST） 的负责人， 他带领的研究团队长期专注于钙钛矿材料的合成、 器件设计以及性能优化方面， 在国际期刊发表过大量高质量论文。
【微封装： 巧妙的设计， 为钙钛矿太阳能电池筑起一道坚固的防线】
该团队突破性地使用 环氧树脂 (bisphenol A diglycidyl ether) 和 异佛尔酮二胺 (isophorone diamine) 进行原位聚合反应, 在钙钛矿材料的晶界处形成了一层致密的聚合物薄膜， 将钙钛矿晶粒包裹起来， 形成了类似“微封装"的结构。
这一巧妙的设计， 不仅有效地提高了钙钛矿材料的抗湿性， 而且为钙钛矿太阳能电池的稳定性带来了双重益处:
i. 缺陷钝化: “微封装" 可以有效地钝化钙钛矿材料表面的缺陷， 减少了界面处的不良复合， 提升电池效率。
ii. 隔水防潮: “微封装" 结构如同一道屏障， 阻挡了水分进入钙钛矿层， 有效保护钙钛矿材料免受潮湿环境的破坏， 提高器件稳定性。
【开启钙钛矿太阳能电池无限潜力新时代】
采用 “微封装" 技术制备的钙钛矿太阳能电池， 不仅获得了 95 倍的抗湿性提升， 更保持了 80% 的初始效率 165 小时。 这一成果证明了 “微封装" 技术 对于提高钙钛矿太阳能电池抗潮湿能力和稳定性的有效性。
此外， 由于 “微封装" 技术是一种原位操作， 没有引入额外的材料， 因此能够保留材料的特性， 提升电池性能， 降低制造成本。
“微封装" 技术突破了传统抗湿策略的局限性， 为提高钙钛矿太阳能电池的稳定性提供了一种全新的思路。 这项研究成果具有巨大的应用潜力， 为钙钛矿太阳能电池的实际应用打下了坚实的基础。
未来， 科研人员可以进一步研究“微封装"技术， 探索更优的材料和制备工艺， 实现更高效、更稳定的钙钛矿太阳能电池， 为推动可再生能源的发展贡献更大的力量。
该团队通过巧妙的原位微封装技术， 成功克服了钙钛矿太阳能电池的抗湿性问题， 显着提升了其效率和稳定性， 为钙钛矿太阳能电池的应用打开了新的思路， 推动了光伏技术的不断发展。
重要技术参数：
抗湿性: 提高了 95 倍的抗湿性
长期稳定性: 在 70% 的相对湿度下， 保持 80% 的初始效率超过 165 小时。
关键技术: 原位微封装
参考文献
Microencapsulation of Grain Boundaries for Moisture-Stable Perovskite Solar Cells _ ACS Energy Lett. 2024 _ DOI: 10.1021/acsenergylett.4c01150
【本研究参数图】
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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文献参考自 ACS Energy Lett. 2024 _ DOI: 10.1021/acsenergylett.4c01150
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