中國粉體網(wǎng)訊 太陽電池產(chǎn)業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中具有十分重要的戰(zhàn)略地位和可觀的發(fā)展前景。鈣鈦礦太陽電池是利用鈣鈦礦型的有機(jī)金屬鹵化物半導(dǎo)體作為吸光材料，通過光電效應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)化成電能的裝置，屬于第 3 代太陽電池。
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近期，中科院合肥研究院固體所能源材料與器件制造研究部潘旭研究員團(tuán)隊(duì)與中科大肖正國教授課題組合作在鈣鈦礦太陽能電池方向取得新進(jìn)展。研究人員制備了理想帶隙為1.33 eV的鉛錫混合鈣鈦礦作為太陽能電池吸收層，通過定向錨定策略(STA)對鈣鈦礦空位缺陷進(jìn)行精確鈍化處理，獲得了22.51%的光電轉(zhuǎn)化效率(PCE)記錄，有望超越傳統(tǒng)鉛基鈣鈦礦太陽電池。
目前，有機(jī)金屬鹵化物鈣鈦礦太陽能電池(PSCs)已經(jīng)取得了巨大突破，其最高光電轉(zhuǎn)換效率提高到25.8%(認(rèn)證為25.7%)。而傳統(tǒng)的鉛基鈣鈦礦材料的禁帶寬度在1.5 ~ 1.7 eV范圍內(nèi)，根據(jù)Shockley-Queisser (S-Q)模型，當(dāng)吸收層帶隙為1.33 eV時(shí)，電池具有最高的理論極限效率。采用Sn部分取代或全部取代Pb可以降低鈣鈦礦帶隙，當(dāng)Sn比例為20%時(shí)，帶隙能降至理想值1.33 eV左右。但20% Sn含量是鈣鈦礦帶隙變化的臨界值，其中存在大量的缺陷，導(dǎo)致非輻射復(fù)合造成嚴(yán)重的開路電壓損失(VOC loss)。根據(jù)以往的研究，造成開路電壓損失的具體原因主要有兩個(gè)：(1) Sn2+易氧化成Sn4+引起嚴(yán)重的自p摻雜，形成Sn空位并引入額外的p型電荷；(2) Sn與有機(jī)組分的反應(yīng)強(qiáng)于Pb，使得結(jié)晶過程過快和不受控，導(dǎo)致薄膜質(zhì)量較差，缺陷密度增加。
基于此，研究人員通過定向選擇錨定策略對鈣鈦礦進(jìn)行鈍化處理，獲得了理想帶隙鈣鈦礦太陽能電池22.51%的光電轉(zhuǎn)化效率記錄。研究結(jié)果表明，鉛錫混合鈣鈦礦太陽能電池中雙金屬的缺陷是導(dǎo)致其性能退化的主要原因，因此研究人員采用2-苯乙胺氫碘酸鹽 (PEAI)和乙二胺氫碘酸鹽 (EDAI)作為共修飾劑對鈣鈦礦進(jìn)行表面處理，分別選擇性錨定與Pb和Sn相關(guān)的活性位點(diǎn)并對兩種金屬缺陷進(jìn)行鈍化。最終鉛錫混合鈣鈦礦太陽能電池的開路電壓(VOC)從0.79 V大幅提高到0.90 V，開路電壓的損失降低到0.43 V。此外，器件表現(xiàn)出了極佳的穩(wěn)定性，在氮?dú)?a href="http://zhanqunliushi.cn/zc/2013.html" target="_blank" style="color:#0000ff">手套箱中存儲2700小時(shí)后，仍可以保持初始效率的80%。該工作為鉛錫鈣鈦礦太陽能電池管理金屬雙源缺陷提供了一個(gè)有效的鈍化機(jī)制。
參考來源：
【1】王愛麗，等.鈣鈦礦太陽能電池的研究進(jìn)展與關(guān)鍵挑戰(zhàn).硅酸鹽學(xué)報(bào).2021.
【2】中國科學(xué)院固體物理所. 固體所在高效率鈣鈦礦太陽電池研究方面提出新思路.2022.
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/星耀）
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