光電轉換效率超27%的鈣鈦礦太陽能電池研發成功

從中國科學院半導體研究所獲悉，該所游經碧研究員團隊在鈣鈦礦太陽能電池領域取得重要進展，研發出光電轉換效率為27.2%的鈣鈦礦太陽能電池原型器件，并顯著提升了其運行穩定性，為鈣鈦礦太陽能電池的產業化發展奠定了關鍵基礎。相關研究成果在線發表于《科學》雜志。

鈣鈦礦太陽能電池作為一種新型光伏技術，其光電效率在過去十多年里從最初的3.8%迅速提升至26%以上，但距離其理論極限仍有差距。要實現高效率，制備高質量的鈣鈦礦薄膜是關鍵。甲基氯化銨因能同時降低鈣鈦礦成核勢壘并促進晶體高質量生長，被廣泛用作鈣鈦礦薄膜生長的輔助材料。

在這項研究中，科研人員發現，在傳統工藝中，甲基氯化銨中的氯離子在薄膜結晶過程中會向上表面遷移并富集，導致鈣鈦礦層在垂直方向上氯元素分布不均。這種不均勻性會引發表面缺陷和界面電子勢壘，增加載流子復合，影響電池性能與長期穩定性。

為解決這個問題，科研人員提出了一種能在垂直方向使氯元素均勻化分布的策略。他們在薄膜生長過程中引入堿金屬草酸鹽，利用其解離出的鉀離子與氯離子之間的強結合作用，有效抑制了氯離子的無序遷移，使其在鈣鈦礦層中均勻分布。

采用該方法制備的鈣鈦礦薄膜質量顯著提升：載流子壽命延長至20微秒，界面缺陷密度大幅降低。基于該薄膜所研制的太陽能電池經多家權威機構認證，實現了27.2%的光電轉換效率。在穩定性方面，電池在持續運行1529小時后，仍能保持初始效率的86.3%；在85℃光熱耦合加速老化條件下運行1000小時后，也維持了82.8%的初始效率。

據悉，這一研究實現了鈣鈦礦太陽能電池效率與穩定性方面的協同提升，將為推進鈣鈦礦太陽能技術的產業化發展提供重要支撐。
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