光電轉(zhuǎn)換效率超27%的鈣鈦礦太陽能電池研發(fā)成功

從中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所獲悉，該所游經(jīng)碧研究員團(tuán)隊(duì)在鈣鈦礦太陽能電池領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，研發(fā)出光電轉(zhuǎn)換效率為27.2%的鈣鈦礦太陽能電池原型器件，并顯著提升了其運(yùn)行穩(wěn)定性，為鈣鈦礦太陽能電池的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展奠定了關(guān)鍵基礎(chǔ)。相關(guān)研究成果在線發(fā)表于《科學(xué)》雜志。

鈣鈦礦太陽能電池作為一種新型光伏技術(shù)，其光電效率在過去十多年里從最初的3.8%迅速提升至26%以上，但距離其理論極限仍有差距。要實(shí)現(xiàn)高效率，制備高質(zhì)量的鈣鈦礦薄膜是關(guān)鍵。甲基氯化銨因能同時(shí)降低鈣鈦礦成核勢(shì)壘并促進(jìn)晶體高質(zhì)量生長(zhǎng)，被廣泛用作鈣鈦礦薄膜生長(zhǎng)的輔助材料。

在這項(xiàng)研究中，科研人員發(fā)現(xiàn)，在傳統(tǒng)工藝中，甲基氯化銨中的氯離子在薄膜結(jié)晶過程中會(huì)向上表面遷移并富集，導(dǎo)致鈣鈦礦層在垂直方向上氯元素分布不均。這種不均勻性會(huì)引發(fā)表面缺陷和界面電子勢(shì)壘，增加載流子復(fù)合，影響電池性能與長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

為解決這個(gè)問題，科研人員提出了一種能在垂直方向使氯元素均勻化分布的策略。他們?cè)诒∧どL(zhǎng)過程中引入堿金屬草酸鹽，利用其解離出的鉀離子與氯離子之間的強(qiáng)結(jié)合作用，有效抑制了氯離子的無序遷移，使其在鈣鈦礦層中均勻分布。

采用該方法制備的鈣鈦礦薄膜質(zhì)量顯著提升：載流子壽命延長(zhǎng)至20微秒，界面缺陷密度大幅降低。基于該薄膜所研制的太陽能電池經(jīng)多家權(quán)威機(jī)構(gòu)認(rèn)證，實(shí)現(xiàn)了27.2%的光電轉(zhuǎn)換效率。在穩(wěn)定性方面，電池在持續(xù)運(yùn)行1529小時(shí)后，仍能保持初始效率的86.3%;在85℃光熱耦合加速老化條件下運(yùn)行1000小時(shí)后，也維持了82.8%的初始效率。

據(jù)悉，這一研究實(shí)現(xiàn)了鈣鈦礦太陽能電池效率與穩(wěn)定性方面的協(xié)同提升，將為推進(jìn)鈣鈦礦太陽能技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供重要支撐。