Solar RRL:钙钛矿氧化物在太阳能电池中的新应用

RRL-shaozongping满足日益增长的全球能源需求是21世纪的重要挑战之一。目前世界上超过80%的能源需求来自化石燃料的燃烧,这将促进全球变暖,并对我们的环境产生有害影响。更严重的是,化石燃料是不可再生的能源,由于其较高的消耗率,化石能源终将耗尽。因此,为实现人类社会的可持续发展,我们迫切需要一种清洁、廉价、可再生的新型替代能源,如风能和太阳能。作为太阳能利用的一种重要方式,染料敏化太阳能电池(DSSC)由于其高效、低廉和环境友好等特点,近年来得到了极大的关注和发展。DSSC主要由染料、光阳极、电解液和光阴极(对电极)组成。光阴极作为DSSC的一个重要组成部分,很大程度上决定了DSSC的效率和成本,近年来越来越受人们的重视。贵金属铂(Pt)作为传统的光阴极材料具有优良的催化性能,但由于其昂贵的价格及有限的储量,极大地限制了DSSC的实际应用及大规模发展。因此,开发高效低廉的光阴极材料成为未来DSSC发展的重要方向。钙钛矿氧化物由于成本低、资源广、种类多等优点而有望成为贵金属Pt催化剂的有效替代品之一。

近期,南京工业大学和澳大利亚科廷大学邵宗平教授的研究团队在非贵金属DSSC光阴极方面取得重要进展。采用一种简单的机械化学方法成功地制备了一种具有强相互作用、协同作用的钙钛矿氧化物/碳复合光阴极材料。相比较于Pt,该材料具有更高的I3还原反应(IRR,I3+2e→3I)活性和稳定性。该研究团队通过系统选择钙钛矿氧化物的B位金属和碳的种类并调节复合光阴极的制备方法和反应时间,对钙钛矿氧化物/碳复合催化剂中氧空穴浓度、金属价态和组分间相互作用进行有效调控,实现了IRR活性和DSSC效率的最大化。具体地,LaNiO3/碳纳米管复合光阴极的引入使得DSSC效率相较于Pt提高了21%,并实现了DSSC效率从8.11%到9.81%的飞跃。与此同时,由于钙钛矿氧化物优异的IRR催化稳定性和结构稳定性,以LaNiO3/碳纳米管为光阴极的DSSC可以稳定运行28天。该研究成果表明钙钛矿氧化物在太阳能电池、光伏器件等领域具有巨大的应用潜力。相关工作发表在Solar RRL(DOI:10.1002/solr.201700074)上。