中國粉體網(wǎng)訊  近日，記者從中國科學院青島生物能源與過程研究所獲悉,，該所最新科研成果提出制備高效銫基鈣鈦礦太陽能電池的新策略,，相關(guān)研究成果近日已發(fā)表在Joule《焦耳》期刊上,，論文第一作者為該所的科研助理孫秀紅，通訊作者為該所逄淑平研究員,、崔光磊研究員,、邵志鵬副研究員與北京工業(yè)大學的盧岳教授。

　　鈣鈦礦太陽能電池經(jīng)過十幾年發(fā)展已成為一種極具商業(yè)潛力的光伏技術(shù),，目前其光電轉(zhuǎn)換效率達到商業(yè)化晶硅電池的水平,，大面積制備技術(shù)路線也日漸成熟。穩(wěn)定性問題成為制約鈣鈦礦太陽能電池發(fā)展的最主要因素,。CsPbI3無機鈣鈦礦材料采用無機離子取代傳統(tǒng)的易分解的有機組分(甲胺MA+或甲脒 FA+等),， 可以顯著的提高鈣鈦礦電池熱分解溫度，降低光致離子遷移,，具有實現(xiàn)高效,、高穩(wěn)定性鈣鈦礦器件的潛力，是用于太陽能電池尤其是疊層電池的理想材料體系,。然而,，CsPbI3受制于鈣鈦礦容忍因子較小限制，依然存在相穩(wěn)定性問題,。并且這類材料中的缺陷濃度較高,，電池內(nèi)部存在嚴重的載流子非輻射復(fù)合損失，降低了電池的輸出電壓,。

　　對此,，中科院青島能源所固態(tài)能源系統(tǒng)技術(shù)中心在CsPbI3無機鈣鈦礦方向進行了深入研究。采用X位部分Br摻雜,，制備CsPbI2Br,，可以顯著提高鈣鈦礦的容忍因子，提高其相穩(wěn)定性,，然而會引起帶隙增加,，降低器件的太陽光利用率。采用A位摻雜可以在有效提高相穩(wěn)定性的同時,，降低CsPbI3鈣鈦礦帶隙,，提高光電轉(zhuǎn)換效率。

　　通過具有較大離子半徑的二甲胺(DMA+)或FA+替代無機鈣鈦礦中的部分銫離子,，可以有效穩(wěn)定其鈣鈦礦相結(jié)構(gòu),，同時降低其帶隙。但由于薄膜中依然存在大量缺陷,，嚴重影響光生載流子的高效分離和傳輸,。基于此,，該中心提出在薄膜內(nèi)部構(gòu)建本體異質(zhì)結(jié)的思路,，通過縮短光生載流子在半導體層中停留時間來減小載流子的復(fù)合損失,。但如何實現(xiàn)穩(wěn)定的鈣鈦礦與鈣鈦礦的異質(zhì)結(jié)又是另一難題，因為傳統(tǒng)的有機-無機雜化鈣鈦礦材料中存在顯著的離子遷移,，這種離子遷移會使鈣鈦礦成分趨向于均勻分布,。而銫基鈣鈦礦較大的離子遷移勢壘滿足于構(gòu)建體相異質(zhì)結(jié)的先天條件。最終,，科研人員通過中間相調(diào)控的策略，實現(xiàn)了n型導電的銫基鈣鈦礦摻雜相和p型導電的非摻雜相的穩(wěn)定本體異質(zhì)結(jié),。

　　結(jié)果表明,，p型和n型鈣鈦礦半導體的有效接觸明顯促進了電子和空穴的分離與運輸，減少了在電池界面處的載流子積累,。得益于異質(zhì)結(jié)策略的有效性,，提高了電池的開路電壓，降低了電池中存在的回滯效應(yīng),，電池的光照運行穩(wěn)定性隨之帶來了顯著的改善,。

體異質(zhì)結(jié)鈣鈦礦太陽能電池中載流子傳輸與器件性能示意圖(圖/孫秀紅 邵志鵬 逄淑平)

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/平安）

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