我國科學家在鈣鈦礦太陽能電池領域取得重要突破

2020-11-22 科學技術部

    鈣鈦礦太陽能電池以其製備簡單、成本低和效率高的優勢在新型光伏技術領域迅速崛起。鈣鈦礦太陽能電池按照器件結構可分為正式和反式兩種結構，相比於正式結構，反式結構器件因製備工藝更加簡單、可低溫成膜、無明顯回滯效應、適合與傳統太陽能電池（矽基電池、銅銦鎵硒等）結合製備疊層器件等優點，受到學術界和產業界的關注。但仍然存在開路電壓與理論值差距較大、光電轉換效率仍然偏低等應用瓶頸。

    在納米研究國家重大科學研究計劃（2015CB932200，鈣鈦礦型太陽電池的基礎研究）的支持下，北京大學朱瑞研究員、龔旗煌院士與合作者展開研究，針對反式結構鈣鈦礦太陽能電池在光電轉換效率上存在的瓶頸，提出了「胍鹽輔助二次生長」方法，開創性地實現了鈣鈦礦薄膜半導體特性的調控，顯著降低了器件中非輻射複合的能量損失，在提升器件開路電壓方面取得了突破，首次在反式結構器件中獲得了超過1.21V的高開路電壓（材料帶隙寬度~1.6eV）。同時，在不損失光電流和填充因子等性能參數的情況下，顯著提高了反式結構鈣鈦礦電池的光電轉換效率—實驗室最高效率達到21.51%。經中國計量科學研究院認證，器件的光電轉換效率高達20.90%，是目前反式結構鈣鈦礦太陽能電池器件效率的最高記錄。該結果為提升反式鈣鈦礦太陽能電池器件效率、推進該類新型光伏器件的應用化發展提供了新思路，可進一步拓展到鈣鈦礦疊層太陽能電池以及鈣鈦礦發光器件中，具有潛在的應用前景和商業價值。相關成果6月29日在線發表在《科學》雜誌上。

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