無鉛太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率實現(xiàn)突破

10月20日，從復(fù)旦大學(xué)獲悉，該校智能材料與未來能源創(chuàng)新學(xué)院青年研究員梁佳團隊研發(fā)出錫基鈣鈦礦太陽能電池，其實現(xiàn)全生命周期無害化，突破了該領(lǐng)域光電轉(zhuǎn)換效率的世界紀(jì)錄。這一創(chuàng)新成果攻克了無鉛、可持續(xù)綠色光伏技術(shù)領(lǐng)域的關(guān)鍵難題，標(biāo)志著我國在清潔能源材料領(lǐng)域再獲突破。相關(guān)論文在線發(fā)表于《自然》。

長久以來，科研人員重點關(guān)注提升鉛基鈣鈦礦太陽能電池效率，但其可能帶來的鉛污染始終如“達摩克利斯之劍”般懸于頭頂。錫基鈣鈦礦太陽能電池雖綠色無害，但器件的穩(wěn)定性和光電轉(zhuǎn)換效率卻比較低。

針對這一問題，梁佳團隊提出了一種巧妙的“雙層空穴傳輸層”結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)以穩(wěn)定性優(yōu)異的氧化鎳為底層基底，并在其上構(gòu)筑一層自組裝單分子層，從而形成均一且功能協(xié)同的復(fù)合功能層?！把趸嚺c鈣鈦礦直接接觸，表面的氧空位會引起錫基鈣鈦礦的分解，自組裝的分子層能夠分隔開氧化鎳與鈣鈦礦?！绷杭呀忉尅?/span>

梁佳介紹，研究團隊過去5年圍繞缺陷調(diào)控、界面優(yōu)化、載流子抽取等關(guān)鍵科學(xué)問題持續(xù)攻關(guān)，系統(tǒng)建立了從材料生長到能帶調(diào)控、界面工程的完整技術(shù)體系，最終成功制備出綠色環(huán)保和轉(zhuǎn)換高效的錫基鈣鈦礦太陽能電池。經(jīng)第三方權(quán)威認證，該太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率達到17.7%，刷新了此前錫基鈣鈦礦太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率約16.5%的世界紀(jì)錄。

依托前期成果，梁佳團隊同步開展了大面積電池制備與可擴展性研究，推動技術(shù)從實驗室走向?qū)嶋H應(yīng)用。目前，團隊已成功制備出數(shù)平方厘米級的高質(zhì)量錫基鈣鈦礦薄膜，實現(xiàn)在大面積器件上的紀(jì)錄級效率。