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云师大能环学院杨培志教授课题组在《Advanced Functional Materials》上发表最新研究成果
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近日，wiley旗下top期刊《Advanced Functional Materials》（影响因子：19.0）在线发表了云南师范大学能源与环境科学学院杨培志教授课题组与山东科技大学化学与生物工程学院段加龙和唐群委合作发表最新研究成果《Accelerating Thermal Transfer in Perovskite Films for High-Efficiency and Stable Photovoltaics》。能源与环境科学学院杨培志教授、山东科技大学化学与生物工程学院段加龙和唐群委教授为共同通讯作者。
Abstract
Heat accumulation within in-service perovskite solar cells (PSCs) under light irradiation is one imminent threat in deteriorating the persistent power output and long-term durability. Herein, a novel strategy is reported to remove dissipated heat by improving the thermal conductivity and thermal diffusivity of perovskite film with multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) as additives. Benefiting from the interaction between perovskite and MWCNTs as well as the accelerated heat transfer kinetics mediated by MWCNTs, this method produces a high-quality perovskite film with high crystallinity and reduced defects. Meanwhile, the incorporation of MWCNTs self-cools the operational temperature of final PSC from 42.5 to 38.5 °C to compensate the high temperature-induced performance reduction. Consequently, a significantly improved efficiency of 11.78% for carbon-based CsPbIBr2 cell, 15.14% for carbon-based CsPbI2Br cell, 22.13% and 23.05% for regular and inverted (FA0.83MA0.17)0.95Cs0.05Pb(I0.9Br0.1)3 cells, respectively, is achieved. Apart from the larger power conversion efficiency conservation rate > 94% over 2800 h in air without encapsulation, the optimal device demonstrates significant stability improvement by nearly 1.5-times after thermal aging at 85 °C for 1300 h and 40-fold after persistent operation for 350 h, providing a new path for high-efficiency and stable perovskite platforms.
拓展阅读：
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(FA0.83MA0.17)0.95Cs0.05Pb(I0.9Br0.1)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。
https://huagong.sdust.edu.cn/info/1051/5517.htm
1.云师大能环学院杨培志教授课题组与山东科技大学段加龙和唐群委合作在《Carbon Energy》上发表最新研究成果 https://blog.sciencenet.cn/blog-454141-1398616.html
2.云师大杨培志教授课题组在top期刊《Chemical Engineering Journal》发表最新研究成果 https://blog.sciencenet.cn/blog-454141-1393107.html
3.我校杨培志研究员研究成果荣获云南省科学技术一等奖https://blog.sciencenet.cn/blog-454141-1319595.html
4.云师大杨培志教授与中国海洋大学合作在《NANO ENERGY》上刊文https://blog.sciencenet.cn/blog-454141-1030834.html
杨培志
专业：材料学
职称：研究员（二级）
博士生导师
联系方式：pzhyang@hotmail.com
学术任职及兼职
1. 中国硅酸盐学会薄膜与涂层分会副理事长（2011年至今）
2. 中国可再生能源学会光伏专委会委员（2017年至今）
3. 中国材料研究学会太阳能材料专业委员会专家委员（2021年至今）
4. 云南省高校材料类专业教指委副主任（2018年至今）
主要招生专业及方向：
1. 农业工程（农业电气化与自动化：可再生能源材料与制备）
2. 清洁能源技术
3. 光电材料与器件
4. 新型薄膜太阳电池
主要研究方向：
太阳能光伏科学与工程，新型薄膜太阳电池，低维材料及其在能源领域的应用，新型光电材料与器件
主要学历及研究简历：
1989年9月-1992年6月，中国科学技术大学，硕士研究生，材料物理专业
1996年9月-1999年7月，中国科学院上海光机所，博士研究生，材料学
1999年8月-2001年11月，中国科学院上海硅酸盐所，博士后
2001年11月-2004年12月，中国科学院上海硅酸盐所晶体中心，课题组长
2001年11月-2003年2月，欧洲核子研究中心（CERN），Fellow
2004年12月-2008年7月，昆明物理研究所，研究员，博士生导师
2008年7月-至今，云南师范大学可再生能源材料先进技术与制备教育部重点实验室，研究员，博士生导师
https://blog.sciencenet.cn/blog-454141-1404499.html
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