穩定且效率世界最高！中科院在鈣鈦礦太陽能電池領域連獲進展

澎湃新聞記者 賈利略

據中科院官網8月3日消息，中科院兩研究所在鈣鈦礦太陽能電池研究領域接連取得重要進展。

近日，中科院半導體研究所研究員游經碧帶領團隊在《科學》（Science）發表論文，實現了85攝氏度條件下鈣鈦礦材料熱穩定性大幅度提升。

大連化物所製備出高性能大面積鈣鈦礦太陽能電池組件 本文圖片均來自中國科學院官網

近日，中國科學院大連化學物理研究所薄膜太陽能電池研究組副研究員王開和研究員劉生忠團隊採用狹縫塗布製備技術，結合真空法氧化鎳薄膜的表面氧化還原策略，製備出高性能大面積鈣鈦礦太陽電池組件。相關論文發表在學術期刊《焦耳》（Joule）上。

基於獲得的高穩定性、光吸收擴展的鈣鈦礦材料，游經碧團隊研製出認證效率為25.6%的鈣鈦礦太陽能電池，為目前公開發表的單結鈣鈦礦太陽能電池世界最高效率。

對電池器件分別進行1000小時放置和85攝氏度加速老化，結果保持初始效率的96%和80%。

游經碧團隊在研究中發現，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定的二次相PbI2轉化成為全新的熱穩定性和化學穩定性好的（PbI2）2RbCl。

通過抑制PbI2消除了鈣鈦礦/PbI2界面的強限域導致的能帶變大問題，減小了鈣鈦礦材料的帶隙，擴展了對太陽光吸收的範圍。

大連化物所製備出高性能大面積鈣鈦礦太陽能電池組件

該研究同時實現了鈣鈦礦太陽能電池的高光電轉換效率和高穩定性，為鈣鈦礦電池的進一步發展以及產業化奠定了堅實基礎。

大連化學物理研究所發佈的消息稱，目前，實驗室尺寸的鈣鈦礦太陽電池的光電轉換效率已達到25%以上，製備大面積鈣鈦礦電池並推進其產業化進程已經成為該領域的主要發展方向之一。但在現階段很難採用溶液法製備出均勻無孔的大面積電荷傳輸層。

在研究中發現，真空製備的氧化鎳空穴傳輸層表面相對疏水，減弱了鈣鈦礦前驅液的粘附力，同時氧化鎳表面存在的大量高價鎳離子會分解鈣鈦礦，形成界面勢壘並導致非電容滯後效應，最終影響器件性能和穩定性。

針對上述問題，王開和劉生忠團隊提出一種簡單的表面氧化還原工程，實現對電子束蒸發氧化鎳薄膜表面性質的調控。

在剛性和柔性襯底上製備的小面積反式電池上，光電轉換效率分別達到23.4%和21.3%，並且具有極佳的穩定性。

此外，研究團隊在早期的工作基礎上，在面積為156×156 mm^2的大面積襯底上成功製備了大面積鈣鈦礦電池組件，能量轉換效率達到18.6%，且表現出極佳的穩定性。

該工作有望促進高效、穩定的鈣鈦礦電池組件的發展。

責任編輯：吳躍偉