让太阳能电池更长寿！北大成果入选“2019年度中国科学十大进展”！

编者按

近日，2019年度中国科学十大进展正式发布，北京大学工学院周欢萍课题组、化学学院严纯华/孙聆东课题组的研究成果“阐明铕离子对提升钙钛矿太阳能电池寿命的机理”入选。

该项成果对于促进钙钛矿太阳电池走向商业化获得清洁廉价的能源具有重要意义。

阐明铕离子对提升钙钛矿太阳能电池寿命的机理

第三代太阳能电池的缺陷

钙钛矿太阳能电池自2009年出现以来，已经成为效率最高的薄膜太阳能电池，是广受关注的新一代光伏技术。然而在电池的使用过程中，其效率会快速下降，它的稳定性严重影响了其商业化进程，是目前产业化的主要障碍。

在电池的制造和使用过程中，电池活性层中将会不断产生Pb⁰和I⁰缺陷，这会明显降低电池的效率和使用寿命。

北大团队的解决方案

传统改进太阳能电池的方法，主要是通过组分优化、封装，界面改性和紫外光过滤，可以有效的抑制如氧气、水分和UV光等因素导致的性能下降，从而提升器件的稳定性。然而要进一步提高器件的寿命，需要发展一种长期有效的方法以抑制使役过程中材料的本征缺陷。

Eu³⁺/Eu²⁺氧化还原梭大幅提升铅碘钙钛矿太阳能电池工作寿命

为提高本征稳定性，北京大学工学院周欢萍课题组、化学与分子工程学院严纯华/孙聆东课题组及其合作者提出，通过在钙钛矿活性层中引入铕离子对（Eu³⁺/Eu²⁺）作为“氧化还原梭”，同时消除Pb⁰和I⁰缺陷，进而大幅提升器件使用寿命。该离子对零价Pb⁰和I⁰缺陷形成闭合循环。由于离子本身并不消耗，因而可以长期发挥作用。

电池效率稳定性明显提升

该离子对在器件使用过程中的最高效率最高达到了21.52%（认证值为20.52%），并且没有明显的迟滞现象。同时，引入铕离子对的薄膜器件表现出优异的热稳定性和光稳定性，在连续太阳光照或85°C加热1000小时后，器件仍可分别保持原有效率的91%和89%；在最大功率点连续工作500小时后保持原有效率的91%。

该方法解决了铅卤钙钛矿太阳能电池中限制其稳定性的一个重要的本质性因素，可以推广至其他的钙钛矿光电器件，对于其他面临类似问题的无机半导体器件也具有参考意义。相关研究进展发表在2019年1月18日Science [363(6424):265—270]上。

团队介绍

周欢萍，2010年获北京大学博士学位，2010—2015年美国加州大学洛杉矶分校材料科学与工程系博士后。2015年6月至今任北京大学工学院材料科学与工程系博士生导师，特聘研究员。主要研究方向为光电功能材料及新型太阳能电池。2017年获国家优秀青年科学基金资助，2018年入选《麻省理工科技评论》第18届“全球35位35岁以下科技创新青年”。
严纯华，中国科学院院士、发展中国家科学院(TWAS)院士、兰州大学校长。1988年获得北京大学博士学位，1999年任长江学者特聘教授，2016年任博雅讲席教授。现任北京大学稀土材料化学及应用国家重点实验室主任、北京大学—香港大学稀土生物无机和材料化学联合实验室主任。

孙聆东，1996年毕业于中国科学院长春物理所，获博士学位。1998年加入北京大学化学与分子工程学院， 2011年晋升为教授，2014年获国家杰出青年科学基金。《Nanoscale》期刊副主编，主要研究方向为稀土、半导体和金属纳米材料。

中国科学十大进展

“中国科学十大进展”遴选活动由科学技术部高技术研究发展中心（基础研究管理中心）牵头举办，旨在激励广大科技工作者的科学热情和奉献精神，开展基础研究科学普及，促进公众理解、关心和支持基础研究，在全社会营造良好的科学氛围，至今已举办15年。

据介绍，中国科学十大进展遴选程序分为推荐、初选和终选3个环节。此次邀请专家从320项推荐的科学研究进展中初选出30项进入终选，终选邀请2600余名专家学者进行网络投票，得票数排名前10位的科学进展入选“2019年度中国科学十大进展”。

“2019年度中国科学十大进展”入选的成果分别为：

探测到月幔物质出露的初步证据

构架出面向人工通用智能的异构芯片

提出基于DNA检测酶调控的自身免疫疾病治疗方案

破解藻类水下光合作用的蛋白结构和功能

基于材料基因工程研制出高温块体金属玻璃

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来源：北大科研部

排版：筱羽

责编：以栖