提高鈣鈦礦太陽電池光電轉(zhuǎn)化效率新策略

近期，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所能源材料與器件制造研究部研究員潘旭團(tuán)隊(duì)、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授肖正國課題組合作，在鈣鈦礦太陽能電池研究中取得進(jìn)展，制備出理想帶隙為1.33 eV的鉛錫混合鈣鈦礦作為太陽能電池吸收層，通過定向錨定策略（STA）對(duì)鈣鈦礦空位缺陷進(jìn)行精確鈍化處理，獲得22.51%的光電轉(zhuǎn)化效率（PCE）記錄，光電轉(zhuǎn)化效率有望超越傳統(tǒng)鉛基鈣鈦礦太陽電池。 nKoc%TNqe  
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目前，有機(jī)金屬鹵化物鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）最高光電轉(zhuǎn)換效率已提高到25.8%（認(rèn)證為25.7%）。傳統(tǒng)的鉛基鈣鈦礦材料的禁帶寬度在1.5 ~ 1.7 eV范圍內(nèi)，根據(jù)Shockley-Queisser（S-Q）模型，當(dāng)吸收層帶隙為1.33 eV時(shí)，電池具有最高的理論極限效率。采用Sn部分取代或全部取代Pb可以降低鈣鈦礦帶隙，當(dāng)Sn比例為20%時(shí)，帶隙能降至理想值1.33 eV左右。但20%Sn含量是鈣鈦礦帶隙變化的臨界值，其中存在大量的缺陷，導(dǎo)致非輻射復(fù)合造成嚴(yán)重的開路電壓損失（VOC loss）。根據(jù)以往的研究，造成開路電壓損失的具體原因主要有兩個(gè)：Sn2+易氧化成Sn4+引起嚴(yán)重的自p摻雜，形成Sn空位并引入額外的p型電荷；Sn與有機(jī)組分的反應(yīng)強(qiáng)于Pb，使得結(jié)晶過程過快和不受控，導(dǎo)致薄膜質(zhì)量較差，缺陷密度增加。 w