中國(guó)科大：?jiǎn)谓Y(jié)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)26.1%

近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授楊上峰團(tuán)隊(duì)在鈣鈦礦太陽(yáng)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(yáng)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(yáng)能電池中最高效率之一。相關(guān)研究成果日前發(fā)表于《焦耳》。

鈣鈦礦太陽(yáng)能電池是以有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦材料作為吸光層的第三代太陽(yáng)能電池，具有高效、低成本和可溶液加工等特點(diǎn)，受到了科研機(jī)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注。鈣鈦礦的結(jié)晶取向已被證明是決定鈣鈦礦太陽(yáng)能電池器件效率的關(guān)鍵因素之一。根據(jù)文獻(xiàn)中的報(bào)道，鈣鈦礦的不同晶面具有不同的化學(xué)、物理和光電特性，不同晶面產(chǎn)生的光電流大小為(100)>(111)>(110)，而且(100)和(111)晶面比(110)晶面表現(xiàn)出更高的載流子遷移率。另一方面，影響n(yōu)-i-p結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池器件性能的另一個(gè)關(guān)鍵因素是鈣鈦礦/氧化錫層的埋底界面，該界面存在的缺陷會(huì)造成額外的非輻射復(fù)合損失，從而降低光電轉(zhuǎn)換效率。在以往的研究中，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主要依賴(lài)于引入額外的界面鈍化層，但這增加了器件制備的復(fù)雜程度。由此帶來(lái)的科學(xué)問(wèn)題是：在不引入額外的界面鈍化層的前提下，是否有更為簡(jiǎn)便的方法同時(shí)實(shí)現(xiàn)擇優(yōu)結(jié)晶取向和良好埋底界面？

針對(duì)上述問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)展了一種簡(jiǎn)便有效的方法，通過(guò)在鈣鈦礦前驅(qū)體溶液中添加雙功能配體2-(甲基硫代)鹽酸乙胺，簡(jiǎn)稱(chēng)為METEAM，不僅誘導(dǎo)（100）取向的鈣鈦礦薄膜結(jié)晶生長(zhǎng)，同時(shí)改善了鈣鈦礦/氧化錫層的埋底界面。

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。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)METEAM處理后，鈣鈦礦薄膜表現(xiàn)出更低的陷阱態(tài)密度、更長(zhǎng)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(yáng)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。

研究人員介紹，該策略為提高鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的綜合性能提供了新的思路。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.joule.2024.07.009