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加快打造原始創(chuàng)新策源地，加快突破關(guān)鍵核心技術(shù)，努力搶占科技制高點(diǎn)，為把我國(guó)建設(shè)成為世界科技強(qiáng)國(guó)作出新的更大的貢獻(xiàn)。

——習(xí)近平總書記在致中國(guó)科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場(chǎng)、面向國(guó)家重大需求、面向人民生命健康，率先實(shí)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)跨越發(fā)展，率先建成國(guó)家創(chuàng)新人才高地，率先建成國(guó)家高水平科技智庫(kù)，率先建設(shè)國(guó)際一流科研機(jī)構(gòu)。

——中國(guó)科學(xué)院辦院方針

首頁(yè) > 科研進(jìn)展

反式鈣鈦礦太陽(yáng)能電池研究獲進(jìn)展

2024-12-27 寧波材料技術(shù)與工程研究所

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語(yǔ)音播報(bào)

盡管鈣鈦礦太陽(yáng)能電池功率轉(zhuǎn)換效率取得進(jìn)展，但器件不穩(wěn)定性仍是其商業(yè)化應(yīng)用的障礙之一。這種不穩(wěn)定性源于鹵素離子尤其是碘離子（I^?）的遷移。在光照和熱應(yīng)力作用下，I^?發(fā)生遷移并轉(zhuǎn)化為I_?，導(dǎo)致不可逆的降解和性能損失。因此，抑制鈣鈦礦太陽(yáng)能電池器件I^?遷移至關(guān)重要。

中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所研究員葛子義和劉暢等在前期鈣鈦礦太陽(yáng)能電池研究的基礎(chǔ)上，解決了鈣鈦礦太陽(yáng)能電池器件I^?遷移問題，在提升鈣鈦礦太陽(yáng)能電池運(yùn)行穩(wěn)定性方面取得了進(jìn)展。

該研究將2,1,3-苯并噻二唑、5,6-二氟-4,7-雙引入到鈣鈦礦前驅(qū)體溶液。研究顯示，未雜化的p軌道與I^?的孤對(duì)電子之間的強(qiáng)配位作用抑制MAI/FAI的去質(zhì)子化以及隨后的I^?向I_?的轉(zhuǎn)化，而高度電負(fù)性的氟增強(qiáng)了其與I^?之間的靜電相互作用。BT2F-2B的協(xié)同作用抑制了鈣鈦礦的分解和碘空位缺陷密度。這一方法使反式單結(jié)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）超過26%，展現(xiàn)出優(yōu)異的運(yùn)行穩(wěn)定性。根據(jù)ISOS-L-3測(cè)試協(xié)議，經(jīng)過處理的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池在老化1000小時(shí)后仍可保留其原始PCE的85%。當(dāng)BT2F-2B應(yīng)用于寬帶隙鈣鈦礦系統(tǒng)時(shí)，全鈣鈦礦串聯(lián)太陽(yáng)能電池的PCE達(dá)27.8%，證實(shí)了這一策略的普遍性。

相關(guān)研究成果以Universal Approach for Managing Iodine Migration in Inverted Single-Junction and Tandem Perovskite Solar Cells為題，發(fā)表在《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）上。研究工作得到國(guó)家杰出青年科學(xué)基金、國(guó)家自然科學(xué)基金和中國(guó)博士后科學(xué)基金的支持。

（a）鈣鈦礦吸附BT2F-2B后的電子密度分布；（b）反式鈣鈦礦太陽(yáng)能電池器件效率；（c）ISOS-L-1和（d）ISOS-L-3協(xié)議下，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的運(yùn)行穩(wěn)定性

盡管鈣鈦礦太陽(yáng)能電池功率轉(zhuǎn)換效率取得進(jìn)展，但器件不穩(wěn)定性仍是其商業(yè)化應(yīng)用的障礙之一。這種不穩(wěn)定性源于鹵素離子尤其是碘離子（I?）的遷移。在光照和熱應(yīng)力作用下，I?發(fā)生遷移并轉(zhuǎn)化為I?，導(dǎo)致不可逆的降解和性能損失。因此，抑制鈣鈦礦太陽(yáng)能電池器件I?遷移至關(guān)重要。中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所研究員葛子義和劉暢等在前期鈣鈦礦太陽(yáng)能電池研究的基礎(chǔ)上，解決了鈣鈦礦太陽(yáng)能電池器件I?遷移問題，在提升鈣鈦礦太陽(yáng)能電池運(yùn)行穩(wěn)定性方面取得了進(jìn)展。該研究將2,1,3-苯并噻二唑、5,6-二氟-4,7-雙引入到鈣鈦礦前驅(qū)體溶液。研究顯示，未雜化的p軌道與I?的孤對(duì)電子之間的強(qiáng)配位作用抑制MAI/FAI的去質(zhì)子化以及隨后的I?向I?的轉(zhuǎn)化，而高度電負(fù)性的氟增強(qiáng)了其與I?之間的靜電相互作用。BT2F-2B的協(xié)同作用抑制了鈣鈦礦的分解和碘空位缺陷密度。這一方法使反式單結(jié)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）超過26%，展現(xiàn)出優(yōu)異的運(yùn)行穩(wěn)定性。根據(jù)ISOS-L-3測(cè)試協(xié)議，經(jīng)過處理的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池在老化1000小時(shí)后仍可保留其原始PCE的85%。當(dāng)BT2F-2B應(yīng)用于寬帶隙鈣鈦礦系統(tǒng)時(shí)，全鈣鈦礦串聯(lián)太陽(yáng)能電池的PCE達(dá)27.8%，證實(shí)了這一策略的普遍性。相關(guān)研究成果以Universal Approach for Managing Iodine Migration in Inverted Single-Junction and Tandem Perovskite Solar Cells為題，發(fā)表在《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）上。研究工作得到國(guó)家杰出青年科學(xué)基金、國(guó)家自然科學(xué)基金和中國(guó)博士后科學(xué)基金的支持。（a）鈣鈦礦吸附BT2F-2B后的電子密度分布；（b）反式鈣鈦礦太陽(yáng)能電池器件效率；（c）ISOS-L-1和（d）ISOS-L-3協(xié)議下，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的運(yùn)行穩(wěn)定性

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