我國科研團隊首次揭開了制約正式結構鈣鈦礦太陽能電池效率的關鍵物理“黑箱”，創新性地提出連續梯度摻雜電子傳輸層設計。基於這一策略，太陽能電池器件經國際權威機構認證，獲得了27.17%的穩態光電轉換效率及27.50%的反向掃描效率，創造了正式結構鈣鈦礦光伏器件的最高光電轉換效率紀錄。
該研究成果由南開大學化學學院袁明鑒教授、姜源植特聘研究員團隊，聯合北京理工大學徐健研究員團隊取得，相關研究成果於北京時間4月30日在線發表於國際學術期刊《自然》上。
連續梯度摻雜氧化錫電子傳輸層實現高效率鈣鈦礦太陽能電池。（受訪者供圖）
兼具高效率與可規模化製備潛力的鈣鈦礦太陽能電池，已成為頗具潛力的下一代光伏技術。當前，高效率器件普遍依賴具有微納紋理的基底來增強光捕獲能力，但複雜界面同時引入顯著的非輻射複合損失，成為制約正式結構器件性能提升的關鍵瓶頸。正式結構器件的光電轉換效率仍長期停滯在約26%，其深層物理機制也尚不清晰。
面對上述難題，研究團隊首次揭示了在紋理基底上，氧化錫電子傳輸層與鈣鈦礦埋底界面處，存在能帶失配與電子累積的協同作用，這正是非輻射複合損失加劇、器件性能長期受困的核心物理根源。
要破解這一困局，就必須從源頭上對氧化錫電子傳輸層的電學性質進行精細調控。研究團隊發展出一種具有梯度能級結構的氧化錫電子傳輸層，解決了能帶失配，並助力了電子提取，有效抑制了非輻射複合損失。
袁明鑒表示，搭載這一全新電子傳輸層的鈣鈦礦太陽能電池，不僅刷新了效率紀錄，其開路電壓損失更是低至295毫伏，充分證明非輻射複合得到了根本性抑制。該研究從機理層面系統掃清了長期籠罩正式結構器件的性能迷霧，也為金屬氧化物電子傳輸層的理性設計開闢了一條普適而有效的新路徑，有望為高穩定性、可規模化生產的鈣鈦礦光伏組件提供技術支撐。（記者張建新、栗雅婷）
（來源：新華社）
