2日從中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院獲悉，該院固體物理研究所、中國科學(xué)院光伏與節(jié)能材料重點實驗室潘旭研究員和田興友研究員團(tuán)隊與韓國成均館大學(xué)Nam-Gyu Park教授、華北電力大學(xué)戴松元教授合作，成功在反式鈣鈦礦太陽電池研究方面取得新突破。
據(jù)介紹，研究團(tuán)隊首次發(fā)現(xiàn)鈣鈦礦陽離子面外分布不均勻是影響電池性能的主要原因，破解鈣鈦礦電池壽命基因難題。
相關(guān)成果于2023年11月2日在線發(fā)表在《自然》(Nature)雜志上。
鈣鈦礦太陽電池屬于新概念太陽能電池，經(jīng)過多年發(fā)展，傳統(tǒng)的界面鈍化及結(jié)晶調(diào)控方法很大程度上推動了電池效率的提升，但近年來相關(guān)研究中該電池效率的提升速度明顯放緩，相關(guān)研究遇到了“瓶頸”。
科研人員發(fā)現(xiàn)，鈣鈦礦薄膜內(nèi)往往不可避免地會發(fā)生相分離現(xiàn)象。深入研究陽離子面外方向分布，不但有助于理解鈣鈦礦體相載流子動力學(xué)過程，更有望推動鈣鈦礦太陽電池效率的進(jìn)一步提升。但是鈣鈦礦體相的不同陽離子組分分布、以及影響電池穩(wěn)定性和效率損失的原因目前尚不清楚。
通過一系列實驗充分說明陽離子面外方向的梯度不均勻分布，這也是首次可視化驗證了鈣鈦礦薄膜的陽離子組分在面外不均勻分布。
研究團(tuán)隊進(jìn)一步分析了這種梯度不均勻分布的原因，發(fā)現(xiàn)不同陽離子在結(jié)晶及相轉(zhuǎn)變過程中的速率差過大是導(dǎo)致組分不均勻的主要原因，進(jìn)而制備出均勻化的鈣鈦礦薄膜，極大程度上提升了載流子壽命及擴散長度，加強了載流子界面抽取。
研究團(tuán)隊利用相關(guān)策略制備的反式鈣鈦礦太陽電池獲得了26.1%的最高效率，認(rèn)證效率為25.8%。此外，經(jīng)2500小時最大功率電追蹤后，未封裝的器件仍保持其初始 PCE的92%的可靠運行穩(wěn)定性。
該研究工作開辟了提升電池器件穩(wěn)定性的新途徑，有望打破鈣鈦礦太陽電池的效率瓶頸，為進(jìn)一步提升高效、穩(wěn)定的鈣鈦礦太陽電池提供了明確的方向。
