讓太陽能電池更長壽!北大成果入選「2019年度中國科學十大進展」!

近日，2019年度中國科學十大進展正式發布，北京大學工學院周歡萍課題組、化學學院嚴純華/孫聆東課題組的研究成果「闡明銪離子對提升鈣鈦礦太陽能電池壽命的機理」入選。

該項成果對於促進鈣鈦礦太陽電池走向商業化獲得清潔廉價的能源具有重要意義。

闡明銪離子對提升鈣鈦礦太陽能電池壽命的機理

鈣鈦礦太陽能電池自2009年出現以來，已經成為效率最高的薄膜太陽能電池，是廣受關注的新一代光伏技術。然而在電池的使用過程中，其效率會快速下降，它的穩定性嚴重影響了其商業化進程，是目前產業化的主要障礙。

 

在電池的製造和使用過程中，電池活性層中將會不斷產生Pb0和I0缺陷，這會明顯降低電池的效率和使用壽命。

傳統改進太陽能電池的方法，主要是通過組分優化、封裝，界面改性和紫外光過濾，可以有效的抑制如氧氣、水分和UV光等因素導致的性能下降，從而提升器件的穩定性。然而要進一步提高器件的壽命，需要發展一種長期有效的方法以抑制使役過程中材料的本徵缺陷。

Eu3+/Eu2+氧化還原梭大幅提升鉛碘鈣鈦礦太陽能電池工作壽命

為提高本徵穩定性，北京大學工學院周歡萍課題組、化學與分子工程學院嚴純華/孫聆東課題組及其合作者提出，通過在鈣鈦礦活性層中引入銪離子對（Eu3+/Eu2+）作為「氧化還原梭」，同時消除Pb0和I0缺陷，進而大幅提升器件使用壽命。該離子對零價Pb0和I0缺陷形成閉合循環。由於離子本身並不消耗，因而可以長期發揮作用。

該離子對在器件使用過程中的最高效率最高達到了21.52%（認證值為20.52%），並且沒有明顯的遲滯現象。同時，引入銪離子對的薄膜器件表現出優異的熱穩定性和光穩定性，在連續太陽光照或85°C加熱1000小時後，器件仍可分別保持原有效率的91%和89%；在最大功率點連續工作500小時後保持原有效率的91%。

該方法解決了鉛滷鈣鈦礦太陽能電池中限制其穩定性的一個重要的本質性因素，可以推廣至其他的鈣鈦礦光電器件，對於其他面臨類似問題的無機半導體器件也具有參考意義。相關研究進展發表在2019年1月18日Science [363(6424):265—270]上。

周歡萍，2010年獲北京大學博士學位，2010—2015年美國加州大學洛杉磯分校材料科學與工程系博士後。2015年6月至今任北京大學工學院材料科學與工程系博士生導師，特聘研究員。主要研究方向為光電功能材料及新型太陽能電池。2017年獲國家優秀青年科學基金資助，2018年入選《麻省理工科技評論》第18屆「全球35位35歲以下科技創新青年」。

嚴純華，中國科學院院士、發展中國家科學院(TWAS)院士、蘭州大學校長。1988年獲得北京大學博士學位，1999年任長江學者特聘教授，2016年任博雅講席教授。現任北京大學稀土材料化學及應用國家重點實驗室主任、北京大學—香港大學稀土生物無機和材料化學聯合實驗室主任。

孫聆東，1996年畢業於中國科學院長春物理所，獲博士學位。1998年加入北京大學化學與分子工程學院， 2011年晉升為教授，2014年獲國家傑出青年科學基金。《Nanoscale》期刊副主編，主要研究方向為稀土、半導體和金屬納米材料。

「中國科學十大進展」遴選活動由科學技術部高技術研究發展中心（基礎研究管理中心）牽頭舉辦，旨在激勵廣大科技工作者的科學熱情和奉獻精神，開展基礎研究科學普及，促進公眾理解、關心和支持基礎研究，在全社會營造良好的科學氛圍，至今已舉辦15年。

據介紹，中國科學十大進展遴選程序分為推薦、初選和終選3個環節。此次邀請專家從320項推薦的科學研究進展中初選出30項進入終選，終選邀請2600餘名專家學者進行網絡投票，得票數排名前10位的科學進展入選「2019年度中國科學十大進展」。

「2019年度中國科學十大進展」入選的成果分別為：

探測到月幔物質出露的初步證據

構架出面向人工通用智能的異構晶片

提出基於DNA檢測酶調控的自身免疫疾病治療方案

破解藻類水下光合作用的蛋白結構和功能

基於材料基因工程研製出高溫塊體金屬玻璃

闡明銪離子對提升鈣鈦礦太陽能電池壽命的機理

青藏高原發現丹尼索瓦人

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首次觀測到三維量子霍爾效應