全鈣鈦礦疊層電池光電轉(zhuǎn)換效率刷新世界紀錄

　　3月15日，記者從南京大學獲悉，經(jīng)國際第三方權(quán)威認證機構(gòu)測試，該?，F(xiàn)代工程與應用科學學院譚海仁課題組研發(fā)的大面積全鈣鈦礦疊層組件，穩(wěn)態(tài)光電轉(zhuǎn)換效率高達24.5%，刷新了全鈣鈦礦疊層組件的世界紀錄，相關(guān)結(jié)果已被收錄到《太陽能電池效率表》。近日，該團隊相關(guān)論文發(fā)表于國際學術(shù)期刊《科學》。

　　譚海仁坦言，相較于傳統(tǒng)的晶硅單結(jié)太陽能電池，鈣鈦礦疊層太陽能電池生產(chǎn)成本更低、更節(jié)能。輕量化、柔性化的特點使其更容易彎折，使用場景更多。鈣鈦礦疊層太陽能電池由電極、鈣鈦礦吸光層、空穴傳輸層、電子傳輸層等結(jié)構(gòu)堆疊而成，寬帶隙鈣鈦礦薄膜和窄帶隙鈣鈦礦薄膜是疊層電池中重要的吸光層。

　　當前，窄帶隙鈣鈦礦薄膜的均勻制備是制約大面積組件性能提升的關(guān)鍵問題。

　　“窄帶隙鈣鈦礦薄膜的吸光范圍更廣，能夠吸收寬帶隙鈣鈦礦薄膜吸收不了的光，提高光電轉(zhuǎn)化效率。但現(xiàn)有的規(guī)?；苽浼夹g(shù)開發(fā)尚未聚焦于窄帶隙鈣鈦礦薄膜。”該論文的第一作者、南京大學博士生高寒告訴記者，含錫鈣鈦礦薄膜的結(jié)晶速度快，大面積量產(chǎn)制備的時間窗口短，易出現(xiàn)成膜不均勻的問題。此外，刮涂制備窄帶隙鈣鈦礦時，組件自上而下不同步的結(jié)晶過程，使其底部界面出現(xiàn)大量缺陷，嚴重限制了電池的光電性能。

　　研究團隊在制備窄帶隙鈣鈦礦薄膜時，根據(jù)鈣鈦礦結(jié)晶生長理論，篩選了20多種添加劑，最終發(fā)現(xiàn)具有緩沖劑特性的兩性離子甘氨酰胺鹽酸鹽可以同時實現(xiàn)鉛錫鈣鈦礦的結(jié)晶調(diào)控和埋底界面鈍化。

　　“甘氨酰胺鹽酸鹽可以抑制鈣鈦礦結(jié)晶過程中的溶劑揮發(fā)，延緩鈣鈦礦的結(jié)晶速率，大幅延長鈣鈦礦薄膜大面積成膜的制備窗口時間，實現(xiàn)鉛錫鈣鈦礦薄膜的大面積、均勻化制備。”高寒介紹，“使用該方法，薄膜結(jié)晶的時間延長至原來的10倍，后續(xù)再進行退火處理，結(jié)晶后的晶粒長得更大、貫穿性更好，而且可以減少底部界面處的缺陷密度，大幅提升鈣鈦礦薄膜的載流子壽命，有效提升了窄帶隙子電池的光電性能。”

　　在此基礎上，團隊將窄帶隙鈣鈦礦薄膜與寬帶隙鈣鈦礦薄膜結(jié)合，形成20.25平方厘米的疊層組件。“雖然相較于此前約1平方厘米的鈣鈦礦小面積電池明顯增大，但想推進到商用階段，理想目標是至少到1.2米×0.6米。”高寒說。

　　譚海仁表示，團隊將繼續(xù)嘗試制備面積更大、效率更高的全鈣鈦礦疊層光伏組件，加速推進產(chǎn)業(yè)化進程。(科技日報 記者金鳳)