新研究有望提高鈣鈦礦太陽能電池性能

近日，《自然—光子學(xué)》在線發(fā)表了武漢大學(xué)與香港理工大學(xué)以及加州大學(xué)洛杉磯分校關(guān)于鈣鈦礦電池的合作研究成果——多功能鈍化實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、低開路電壓損失的鈣鈦礦太陽能電池。該研究方法有望拓展到倒置、介觀結(jié)構(gòu)甚至疊層鈣鈦礦光伏器件中，有助于實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、低開路電壓損失的鈣鈦礦單節(jié)或多節(jié)太陽能電池，并為推進(jìn)鈣鈦礦電池的發(fā)展提供新思路。

據(jù)悉，有機(jī)—無機(jī)雜化鈣鈦礦具有優(yōu)異的光電性能，鈣鈦礦太陽能電池的認(rèn)證光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)超過25%，有望超過單晶硅太陽能電池的效率(26.7%)，進(jìn)一步提高鈣鈦礦電池的效率和穩(wěn)定性，也有助于加速鈣鈦礦太陽能電池的商業(yè)化進(jìn)程。

短路電流密度(JSC)、開路電壓(VOC)和填充因子(FF)是決定鈣鈦礦電池效率的三個(gè)重要參數(shù)。其中JSC和FF的研究取得了突破性進(jìn)展，VOC損失則成了限制鈣鈦礦電池效率的一個(gè)重要因素。通常來說，鈣鈦礦薄膜內(nèi)和界面處的非輻射復(fù)合損失被認(rèn)為是限制鈣鈦礦電池VOC的主要原因。

在該研究中，研究人員通過采用丁胺分子對三維鈣鈦礦表面的處理，一方面在三維鈣鈦礦表面形成了梯度能級分布的二維鈣鈦礦表面鈍化層;另一方面丁胺分子在熱動(dòng)力學(xué)的驅(qū)動(dòng)下自上而下擴(kuò)散，在鈣鈦礦薄膜內(nèi)的晶界處形成了二維/三維鈣鈦礦的本體異質(zhì)結(jié)，從而有效降低了三維鈣鈦礦薄膜的面缺陷和體缺陷濃度。這種表面和體內(nèi)的協(xié)同鈍化策略有效降低了不同帶隙寬度鈣鈦礦薄膜中的非輻射復(fù)合損失。同時(shí)，由于二維鈣鈦礦具有良好的環(huán)境穩(wěn)定性，基于這種方法制備的二維/三維鈣鈦礦電池的穩(wěn)定性也得到了顯著提高。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41566-021-00829-4