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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室潘旭研究員和田興友研究員團(tuán)隊(duì)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(duì)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(dòng)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(dòng)力學(xué)過程，更有望推動(dòng)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(shí)驗(yàn)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(yàn)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(duì)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(kuò)散長度，加強(qiáng)了載流子界面抽取。
研究團(tuán)隊(duì)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(shí)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(yùn)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。
