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      南開學者提出基於大數據的鈣鈦礦太陽能電池穩定性分析方法
      本刊記者 邢寶華;通訊員 張狀 喬仁銘 [ 2022-12-12發表]
      【香港經濟導報網訊】

      近日,南開大學電子信息與光學工程學院光電子薄膜器件與技術研究所羅景山教授課題組,針對鈣鈦礦太陽能電池穩定性問題,提出了可用於不同測試條件下鈣鈦礦太陽能電池穩定性數據評估的統一指標,並對開放數據庫Perovskite Database中超過7000組穩定性數據進行了統計分析,探究了不同鈣鈦礦組分、器件結構對器件穩定性的影響。該研究以“Big data driven perovskite solar cell stability analysis”為題發表在國際著名學術期刊《自然·通訊》(Nature Communications)上。

       

      鈣鈦礦太陽能電池是極具應用前景的新一代光伏技術,受到研究者和產業界的廣泛關注,但其穩定性問題阻礙了商業化應用。當前,鈣鈦礦太陽能電池的穩定性提升策略仍來自於單一實驗經驗,缺乏基於大數據的宏觀統計結論。由於鈣鈦礦複雜的降解過程、未統一的測試標準(溫度、濕度、光照等)和記錄方式,難以直接對已經發表的歷史數據進行比較。
       
      圖1: a 鈣鈦礦太陽能電池的一般器件結構。 b 數據庫記錄的穩定性數據使用的測試標準的分佈。 c 鈣鈦礦太陽能電池效率兩種典型的衰減曲線。

      羅景山教授團隊根據以往有機太陽能電池和鈣鈦礦太陽能電池的加速老化實驗中使用的加速因子概念,提出了統一的穩定性描述指標TS80m,可以將不同條件下測試和不同方式記錄的穩定性數據歸一化到同一標準。依據該指標對Perovskite Database中的7419組穩定性數據進行歸一化後,進行了數據可視化和統計學分析,得出了不同鈣鈦礦組分和器件結構對穩定性影響的統計學規律。

       
      圖2: 器件穩定性與容忍因子的關係。 a 數據庫記錄的器件數量與容忍因子和文章發表日期相關的熱圖。 b 數據庫記錄的器件最優穩定性(以TS80m值計)與容忍因子和文章發表日期相關的熱圖。 c 不同容忍因子範圍內器件TS80m值的核密度估計圖。 d 不同容忍因子範圍內器件TS80m值的比值(通過假設檢驗方法計算)。

      綜上,本工作提出了統一的鈣鈦礦太陽能電池穩定性描述指標,並基於大數據將統計學方法應用在鈣鈦礦穩定性評估上,對進一步探索鈣鈦礦太陽能電池穩定性提升策略具有重要參考意義。

      該論文第一作者為博士生張狀,羅景山教授為通訊作者,並得到了T. Jesper Jacobsson特聘研究員的協助指導。該研究工作得到了國家重點研發計劃、國家優秀青年科學基金、天津市傑出青年基金和物質綠色創造與製造海河實驗室的資助。
      論文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41467-022-35400-4


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