中科院實現單結鈣鈦礦太陽能電池26.1%光電轉換效率
【化工儀器網 項目成果】近年來，鈣鈦礦太陽能電池作為第三代光伏技術的代表，以其高效、低成本和可溶液加工等特點，迅速成為科研機構和產業界的研究熱點。鈣鈦礦太陽能電池的工作原理主要基于光生伏特效應，即利用光照條件下半導體材料內部產生的電子-空穴對來產生電流。鈣鈦礦太陽能電池具有高效、低成本和可溶液加工等特點。
在以往的研究中，鈣鈦礦的結晶取向已被證明是決定其太陽能電池器件效率的關鍵因素之一。不同晶面具有不同的化學、物理和光電特性，其中(100)和(111)晶面比(110)晶面表現出更高的載流子遷移率，有利于自由載流子的產生和傳輸。然而，同時實現擇優結晶取向和良好埋底界面的策略往往復雜且難以控制。
近日，中國科學技術大學教授楊上峰團隊在鈣鈦礦太陽能電池領域取得重要進展，傳統(n-i-p)結構的單結鈣鈦礦太陽能電池實現了26.1%的光電轉換效率，第三方機構認證效率為25.8%，為目前n-i-p結構鈣鈦礦太陽能電池中最高效率之一。
研究團隊通過引入雙功能配體(METEAM)，實現了鈣鈦礦薄膜沿(100)晶面的擇優取向生長。METEAM分子通過與鈣鈦礦晶格的強相互作用，優先吸附在鈣鈦礦的(100)晶面上，降低了該晶面的形成能，從而獲得了高效的擇優晶面取向。實驗結果表明，經過METEAM處理的鈣鈦礦薄膜表現出更低的陷阱態密度、更長的載流子壽命和更高的載流子遷移率，相應的單結鈣鈦礦太陽能電池器件的光電轉換效率高達26.1%，第三方機構認證效率也高達25.8%。同時，由于鈣鈦礦薄膜的陷阱態密度降低，器件的光照穩定性也得到了顯著的提升。
值得一提的是，此前文獻中的報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生配位作用。
相關研究成果Bifunctional ligand-induced preferred crystal orientation enables highly efficient perovskite solar cells于近日發表于《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，受到科研領域關注。然而，要實現大規模商業化應用，仍面臨諸多挑戰，包括穩定性、鉛毒性及大面積制備等問題。隨著研究的深入和技術的不斷進步，鈣鈦礦太陽能電池有望在未來光伏市場中占據重要地位，為可再生能源的發展做出重要貢獻。
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