轉(zhuǎn)換效率達(dá)13.2% 中科大新成果激發(fā)錫基鈣鈦礦太陽能電池應(yīng)用潛能
【化工儀器網(wǎng) 行業(yè)百態(tài)】隨著全球?qū)稍偕茉葱枨蟮牟粩嘣鲩L，太陽能電池作為一種清潔、可再生的能源技術(shù)，為推動(dòng)能源轉(zhuǎn)型做出了重要貢獻(xiàn)，成為了可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)重要錨點(diǎn)。與此同時(shí)，太陽能電池本身在交通、通訊、石油、海洋、氣象等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，也突出了其在不同產(chǎn)業(yè)中的重要地位。正因如此，如今該產(chǎn)業(yè)受到了高度關(guān)注，相關(guān)技術(shù)不斷研究的同時(shí)，其應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷拓展。
這一點(diǎn)，在太陽能電池的材料上體現(xiàn)的尤為突出諸如硅材料、有機(jī)材料只要加工得當(dāng)，都有可能用于太陽能電池的制造。而在其中有一類材料非常特殊——鈣鈦礦型半導(dǎo)體。
鈣鈦礦型半導(dǎo)體可用于生產(chǎn)一種新型的鈣鈦礦太陽能電池。這種電池屬于第三代薄膜電池的代表，理論上具備較高的光電轉(zhuǎn)換效率、低成本和環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，因此受到高度關(guān)注。但是在生產(chǎn)工藝上，卻面臨著一個(gè)難題——非鉛錫基鈣鈦礦半導(dǎo)體自身存在缺陷。
非鉛錫基鈣鈦礦半導(dǎo)體相較于鉛基鈣鈦礦半導(dǎo)體不存在重金屬鉛，因此更加環(huán)境友好，也更加安全。但與鉛基鈣鈦礦半導(dǎo)體相比，非鉛錫基鈣鈦礦半導(dǎo)體存在結(jié)晶速率快、p型自摻雜嚴(yán)重、與傳輸層能級(jí)匹配不佳等問題，這些問題使得用其制造的光伏器件會(huì)出現(xiàn)載流子提取困難、非輻射復(fù)合嚴(yán)重等情況，無法達(dá)到理論光電轉(zhuǎn)化效率(盡管理論效率比鉛基鈣鈦礦半導(dǎo)體生產(chǎn)的光伏器件更高。
而中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)微電子學(xué)院特任研究員胡芹課題則在這個(gè)問題上找到了突破口，通過構(gòu)建鈣鈦礦同質(zhì)結(jié)和摻雜設(shè)計(jì)，促進(jìn)光生載流子的分離和提取，成功提高了光伏器件的效率和穩(wěn)定性。
根據(jù)中科大新聞網(wǎng)公開的消息，“研究團(tuán)隊(duì)利用自主發(fā)展的第一性原理計(jì)算軟件ABACUS(原子算籌)中的高精度雜化密度泛函計(jì)算功能，對(duì)錫基鈣鈦礦半導(dǎo)體材料進(jìn)行摻雜設(shè)計(jì)，通過將鍺離子引入到活性層中，實(shí)現(xiàn)了鍺離子的梯度摻雜和同質(zhì)結(jié)構(gòu)筑。鈣鈦礦半導(dǎo)體吸收層能級(jí)的梯度變化增強(qiáng)了內(nèi)建電場，從而促進(jìn)了光生載流子的分離和提取。研究通過不同深度的X射線光電子能譜(XPS)表征證實(shí)了錫基鈣鈦礦半導(dǎo)體薄膜中鍺離子的梯度摻雜，通過第一性原理計(jì)算的缺陷形成能和摻雜類型結(jié)果揭示了構(gòu)建同質(zhì)結(jié)的內(nèi)在機(jī)制。經(jīng)過進(jìn)一步器件工藝優(yōu)化，同質(zhì)結(jié)光伏器件的暗電流降低了兩個(gè)數(shù)量級(jí)，缺陷密度降低了一個(gè)數(shù)量級(jí)，功率轉(zhuǎn)換效率從11.2%提升至13.2%，在最大功率點(diǎn)連續(xù)運(yùn)行250分鐘后仍然保持初始效率的95%以上，具有良好的穩(wěn)定性。”
目前相關(guān)成果已發(fā)表于國際期刊《納米通訊》，中科大新聞網(wǎng)也在相關(guān)報(bào)道中提供了論文鏈接，感興趣的讀者可以去查閱學(xué)習(xí)。
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