全鈣鈦礦疊層太陽能電池性能提升新途徑！
【化工儀器網 項目成果】隨著新能源產業的不斷崛起，越來越多的清潔能源技術開始被關注，其中頗具代表性的便是太陽能。作為人類現階段變可以有效利用的清潔能源之一，太陽能具有能量大、半永久、清潔、廣泛等優點，并且從技術側面來說，太陽能的使用門檻相對較低，具體到產業上就是相對規模下的裝機成本低、運維成本低。
太陽能電池可利用光生伏特效應把光能轉換成電能，具有可靠性高、壽命長、無污染等優點。其中，鈣鈦礦型太陽能電池是利用鈣鈦礦型的有機金屬鹵化物半導體作為吸光材料的太陽能電池，屬于第三代太陽能電池，也稱作新概念太陽能電池。
鈣鈦礦太陽能電池市場主要應用于可穿戴設備、智能手機、車載電池等消費電子領域。此外，在工業領域，鈣鈦礦太陽能電池也被廣泛應用于光伏發電等方面。因其轉化效率高、成本低等優點，鈣鈦礦太陽能電池在未來還有較大的產業應用空間。
近年來，伴隨著全球可再生能源產業的迅速發展，鈣鈦礦電池等新型技術得到了一定程度的推廣，不斷被應用于光伏等多個領域。據數據，全球鈣鈦礦電池總產能從2023年1GW增長至2030年461GW；2023至2030年的年復增長率達到140.01%。
新型金屬鹵化物鈣鈦礦具有制備工藝簡單、缺陷容忍度高、吸收系數高、載流子擴散長度長等優點，在光電子器件領域備受關注，被業內認為是極具前景的下一代光伏材料之一。全鈣鈦礦疊層太陽能電池由頂部的寬帶隙鈣鈦礦子電池和底部的窄帶隙鈣鈦礦子電池一體化疊加而成，然而其中不夠優異的窄帶隙鈣鈦礦子電池是其未來實現商業化應用的絆腳石之一。
近日，武漢大學物理科學與技術學院柯維俊教授、方國家教授團隊在探索全鈣鈦礦疊層太陽能電池性能提升方面有了新進展。研究團隊將天冬氨酸鹽酸鹽引入到全鈣鈦礦疊層太陽能電池底部的空穴傳輸層、鈣鈦礦體吸光層和上界面層中，開發了一種采用同一分子處理的一體化摻雜策略，極大地改善了鈣鈦礦薄膜的質量。
除了與鈣鈦礦前驅體配位外，天冬氨酸鹽酸鹽分子還具有很強的分子間氫鍵，富集在鈣鈦礦上、下界面處的天冬氨酸鹽酸鹽因此充當了鈣鈦礦層和傳輸層界面之間的分子鎖，進一步提升了鈣鈦礦材料的性能和穩定性。
該項研究結果表明天冬氨酸鹽酸鹽可以有效抑制二價錫金屬離子氧化，減少有害的四價錫雜質。不僅如此，天冬氨酸鹽酸鹽的引入還可以鈍化鈣鈦礦材料的缺陷，調節費米能級，抑制有害的離子遷移等，從而加強器件的性能和穩定性。
研究顯示，這種簡易的一體化摻雜策略實現了一舉多能，將窄帶隙鈣鈦礦子電池的穩態效率提升到27.62%，為全鈣鈦礦疊層太陽能電池的性能提升提供了新途徑。研究團隊創造性提出天冬氨酸鹽酸鹽一體化摻雜策略，有效提高了窄帶隙鈣鈦礦子電池的效率和穩定性，為進一步提升電池性能找到新途徑。
(資料來源：新華社)
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