中科院實(shí)現(xiàn)單結(jié)鈣鈦礦太陽能電池26.1%光電轉(zhuǎn)換效率
【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】近年來，鈣鈦礦太陽能電池作為第三代光伏技術(shù)的代表，以其高效、低成本和可溶液加工等特點(diǎn)，迅速成為科研機(jī)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)界的研究熱點(diǎn)。鈣鈦礦太陽能電池的工作原理主要基于光生伏特效應(yīng)，即利用光照條件下半導(dǎo)體材料內(nèi)部產(chǎn)生的電子-空穴對來產(chǎn)生電流。鈣鈦礦太陽能電池具有高效、低成本和可溶液加工等特點(diǎn)。
在以往的研究中，鈣鈦礦的結(jié)晶取向已被證明是決定其太陽能電池器件效率的關(guān)鍵因素之一。不同晶面具有不同的化學(xué)、物理和光電特性，其中(100)和(111)晶面比(110)晶面表現(xiàn)出更高的載流子遷移率，有利于自由載流子的產(chǎn)生和傳輸。然而，同時(shí)實(shí)現(xiàn)擇優(yōu)結(jié)晶取向和良好埋底界面的策略往往復(fù)雜且難以控制。
近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授楊上峰團(tuán)隊(duì)在鈣鈦礦太陽能電池領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，傳統(tǒng)(n-i-p)結(jié)構(gòu)的單結(jié)鈣鈦礦太陽能電池實(shí)現(xiàn)了26.1%的光電轉(zhuǎn)換效率，第三方機(jī)構(gòu)認(rèn)證效率為25.8%，為目前n-i-p結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽能電池中最高效率之一。
研究團(tuán)隊(duì)通過引入雙功能配體(METEAM)，實(shí)現(xiàn)了鈣鈦礦薄膜沿(100)晶面的擇優(yōu)取向生長。METEAM分子通過與鈣鈦礦晶格的強(qiáng)相互作用，優(yōu)先吸附在鈣鈦礦的(100)晶面上，降低了該晶面的形成能，從而獲得了高效的擇優(yōu)晶面取向。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)過METEAM處理的鈣鈦礦薄膜表現(xiàn)出更低的陷阱態(tài)密度、更長的載流子壽命和更高的載流子遷移率，相應(yīng)的單結(jié)鈣鈦礦太陽能電池器件的光電轉(zhuǎn)換效率高達(dá)26.1%，第三方機(jī)構(gòu)認(rèn)證效率也高達(dá)25.8%。同時(shí)，由于鈣鈦礦薄膜的陷阱態(tài)密度降低，器件的光照穩(wěn)定性也得到了顯著的提升。
值得一提的是，此前文獻(xiàn)中的報(bào)道的大部分添加劑僅具有單一功能，而METEAM添加劑具有雙功能，分別與鈣鈦礦中的鉛離子和氧化錫中的錫離子發(fā)生配位作用。
相關(guān)研究成果Bifunctional ligand-induced preferred crystal orientation enables highly efficient perovskite solar cells于近日發(fā)表于《焦耳Joule》。
鈣鈦礦太陽能電池憑借其高效、低成本及可柔性制備的特點(diǎn)，受到科研領(lǐng)域關(guān)注。然而，要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用，仍面臨諸多挑戰(zhàn)，包括穩(wěn)定性、鉛毒性及大面積制備等問題。隨著研究的深入和技術(shù)的不斷進(jìn)步，鈣鈦礦太陽能電池有望在未來光伏市場中占據(jù)重要地位，為可再生能源的發(fā)展做出重要貢獻(xiàn)。
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