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| 新研究讓鈣鈦礦太陽能電池高效又穩(wěn)定 |
| 來源：中國科學(xué)報 作者：柯訊 時間：2022/8/3 |
近日，中科院半導(dǎo)體研究所(以下簡稱半導(dǎo)體所)研究員游經(jīng)碧帶領(lǐng)團隊在《科學(xué)》發(fā)表的研究發(fā)現(xiàn)，通過在鈣鈦礦材料中引入少量氯化銣(RbCl)，可將常見的引起鈣鈦礦不穩(wěn)定的二次相PbI2轉(zhuǎn)化成為全新的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性好的(PbI2)2RbCl(簡稱PIRC)。該研究實現(xiàn)了85攝氏度條件下鈣鈦礦材料熱穩(wěn)定性大幅度提升，同時鈣鈦礦材料的離子遷移勢壘提高了3倍，離子遷移得到有效抑制。
光電轉(zhuǎn)換效率是太陽能電池的核心指標之一，為實現(xiàn)高效率的鈣鈦礦太陽能電池，常采用可與鈣鈦礦形成I型異質(zhì)結(jié)能級結(jié)構(gòu)的二次相碘化鉛(PbI2)來阻擋載流子在多晶鈣鈦礦晶界或表面缺陷處復(fù)合。此前，半導(dǎo)體所發(fā)現(xiàn)基于二次相PbI2的鈣鈦礦電池較難兼顧效率和穩(wěn)定性，原因在于PbI2二次相的存在或提供了鈣鈦礦分解以及離子移動通道，使鈣鈦礦材料以及電池器件長期穩(wěn)定性較差，且易產(chǎn)生較大的電滯。因此，如何設(shè)計穩(wěn)定的二次相，既能實現(xiàn)鈍化鈣鈦礦缺陷，又能獲得穩(wěn)定的鈣鈦礦吸光材料，從而實現(xiàn)既高效又穩(wěn)定的鈣鈦礦太陽能電池是當前該領(lǐng)域的重要課題之一。
此外，游經(jīng)碧團隊在研究中發(fā)現(xiàn)，通過抑制PbI2消除了鈣鈦礦/PbI2界面的強限域?qū)е碌哪軒ё兇髥栴}，減小了鈣鈦礦材料的帶隙，擴展了對太陽光吸收的范圍。基于獲得的高穩(wěn)定性、光吸收擴展的鈣鈦礦材料，該團隊研制出認證效率為25.6%的鈣鈦礦太陽能電池，為目前公開發(fā)表的單結(jié)鈣鈦礦太陽能電池世界最高效率。對電池器件分別進行1000小時放置和85攝氏度加速老化，結(jié)果保持初始效率的96%和80%。
該研究同時實現(xiàn)了鈣鈦礦太陽能電池的高光電轉(zhuǎn)換效率和高穩(wěn)定性，為鈣鈦礦電池的進一步發(fā)展以及產(chǎn)業(yè)化奠定了堅實基礎(chǔ)。
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