中科院金盛燁團隊有望使鈣鈦礦太陽能電池效率再提升

:近日，中科院大連化物所金盛燁研究員領導的科研團隊發(fā)現(xiàn)，鈣鈦礦太陽能電池中鈣鈦礦-電極界面的載流子提取效率的微觀非均勻分布是限制電池效率的關鍵因素之一，這為提高鈣鈦礦太陽能電池效率提供了新思路。相關研究成果在線發(fā)表在《德國應用化學》上。

鈣鈦礦太陽能電池是以具有鈣鈦礦結構的有機-金屬鹵化物等作為核心光吸收、光電轉(zhuǎn)換、光生載流子輸運材料的太陽能電池。該電池不僅具有較高的能量轉(zhuǎn)換效率，而且其核心光電轉(zhuǎn)換材料具有廉價、容易制備的特點，這為其大規(guī)模、低成本制造提供了可能。

近年來，金屬有機鈣鈦礦材料在構建高效、廉價太陽能電池和其他光電器件等方面展現(xiàn)出極大的應用價值，成為國際上重要的研究熱點材料。此類材料在各種器件中的優(yōu)越表現(xiàn)得益于其獨特的光物理性質(zhì)，如高載流子壽命、高電荷遷移率和長遷移距離。

到目前為止，基于此類材料的太陽能電池光電轉(zhuǎn)化效率已經(jīng)達到了22.1%，但和理論值相比還有很大的提升空間。在常用的液相和汽相沉積法制備的鈣鈦礦薄膜中，膜表面微觀形貌如晶塊尺寸、晶塊形狀和晶塊邊界等有很大差異，這阻礙了對材料關鍵性質(zhì)的進一步改善。

先前的研究普遍認為，鈣鈦礦膜表面微觀形貌的非均一性對薄膜光電性質(zhì)有很大的負面影響，然而其影響機制并不清楚。因此，探究鈣鈦礦薄膜微觀形貌的非均勻性對載流子壽命、遷移率以及電池性能的影響，可以進一步提高太陽能電池效率。

近期，金盛燁團隊利用自主搭建的時間分辨熒光掃描成像系統(tǒng)，在亞微米空間尺度上成功實現(xiàn)了對微觀區(qū)域載流子壽命，晶粒內(nèi)部和晶粒之間的載流子擴散系數(shù)，晶粒內(nèi)載流子遷移距離和載流子提取效率的直接成像測量。發(fā)現(xiàn)在高質(zhì)量的鈣鈦礦CH3NH3PbI3(Cl)多晶薄膜中，晶粒內(nèi)部載流子擴散速率很快，與大塊鈣鈦礦單晶材料相近。同時載流子壽命較長，并且在不同大小和形狀的晶粒之間的分布是非常均一的。然而，當鈣鈦礦薄膜表面負載電子和空穴傳輸層的時候，由于在鈣鈦礦和電子（空穴）受體界面存在的缺陷，不同晶粒表面的載流子提取效率存在很大的差異，這很可能是限制太陽能電池效率進一步提高的關鍵因素，因此改善鈣鈦礦薄膜中晶粒和電子（空穴）受體界面接觸的均勻性是提高太陽能電池效率的重要方向。此項研究結果為進一步提高鈣鈦礦太陽能電池效率提供了新思路。

原標題:讓太陽能電池更廉價和高效