新研究讓鈣鈦礦太陽能電池高效又穩(wěn)定

近日，中科院半導(dǎo)體研究所(以下簡稱半導(dǎo)體所)研究員游經(jīng)碧帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在《科學(xué)》發(fā)表的研究發(fā)現(xiàn)，通過在鈣鈦礦材料中引入少量氯化銣(RbCl)，可將常見的引起鈣鈦礦不穩(wěn)定的二次相PbI2轉(zhuǎn)化成為全新的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性好的(PbI2)2RbCl(簡稱PIRC)。該研究實(shí)現(xiàn)了85攝氏度條件下鈣鈦礦材料熱穩(wěn)定性大幅度提升，同時(shí)鈣鈦礦材料的離子遷移勢壘提高了3倍，離子遷移得到有效抑制。

光電轉(zhuǎn)換效率是太陽能電池的核心指標(biāo)之一，為實(shí)現(xiàn)高效率的鈣鈦礦太陽能電池，常采用可與鈣鈦礦形成I型異質(zhì)結(jié)能級(jí)結(jié)構(gòu)的二次相碘化鉛(PbI2)來阻擋載流子在多晶鈣鈦礦晶界或表面缺陷處復(fù)合。此前，半導(dǎo)體所發(fā)現(xiàn)基于二次相PbI2的鈣鈦礦電池較難兼顧效率和穩(wěn)定性，原因在于PbI2二次相的存在或提供了鈣鈦礦分解以及離子移動(dòng)通道，使鈣鈦礦材料以及電池器件長期穩(wěn)定性較差，且易產(chǎn)生較大的電滯。因此，如何設(shè)計(jì)穩(wěn)定的二次相，既能實(shí)現(xiàn)鈍化鈣鈦礦缺陷，又能獲得穩(wěn)定的鈣鈦礦吸光材料，從而實(shí)現(xiàn)既高效又穩(wěn)定的鈣鈦礦太陽能電池是當(dāng)前該領(lǐng)域的重要課題之一。

此外，游經(jīng)碧團(tuán)隊(duì)在研究中發(fā)現(xiàn)，通過抑制PbI2消除了鈣鈦礦/PbI2界面的強(qiáng)限域?qū)е碌哪軒ё兇髥栴}，減小了鈣鈦礦材料的帶隙，擴(kuò)展了對(duì)太陽光吸收的范圍?；讷@得的高穩(wěn)定性、光吸收擴(kuò)展的鈣鈦礦材料，該團(tuán)隊(duì)研制出認(rèn)證效率為25.6%的鈣鈦礦太陽能電池，為目前公開發(fā)表的單結(jié)鈣鈦礦太陽能電池世界最高效率。對(duì)電池器件分別進(jìn)行1000小時(shí)放置和85攝氏度加速老化，結(jié)果保持初始效率的96%和80%。

該研究同時(shí)實(shí)現(xiàn)了鈣鈦礦太陽能電池的高光電轉(zhuǎn)換效率和高穩(wěn)定性，為鈣鈦礦電池的進(jìn)一步發(fā)展以及產(chǎn)業(yè)化奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。