全鈣鈦礦疊層電池光電轉換效率再創新高。25日，記者從南京大學獲悉，該校現代工程與應用科學學院譚海仁課題組研發的大面積全鈣鈦礦疊層組件，經國際第三方權威認證機構測試，其穩態光電轉換效率高達24.5%，刷新了全鈣鈦礦疊層組件的世界紀錄效率，相關結果已被收錄到國際權威的《太陽能電池效率表》。近日，該團隊相關論文發表于國際學術期刊《科學》。
譚海仁坦言，相較于傳統的晶硅單結太陽能電池，鈣鈦礦疊層太陽能電池生產成本更低、更節能，其輕量化、柔性化的特點使其更容易彎折，使用場景更多。
鈣鈦礦疊層太陽能電池由電極、鈣鈦礦吸光層、空穴傳輸層、電子傳輸層等結構堆疊而成，寬帶隙鈣鈦礦薄膜和窄帶隙鈣鈦礦薄膜是疊層電池中重要的吸光層。
當前，窄帶隙鈣鈦礦薄膜的均勻制備是制約大面積組件性能提升的關鍵問題。
“窄帶隙鈣鈦礦薄膜的吸光范圍更廣，能夠吸收寬帶隙鈣鈦礦薄膜吸收不了的光，可以提高光電轉化效率。但現有的規模化制備技術開發尚未聚焦于窄帶隙鈣鈦礦薄膜。”該論文的第一作者、南京大學2019級直博生高寒告訴記者，含錫鈣鈦礦薄膜的結晶速度快，大面積量產制備的時間窗口短，易出現成膜不均勻的問題。此外，刮涂制備窄帶隙鈣鈦礦時，組件自上而下不同步的結晶過程，使其底部界面出現大量缺陷，嚴重限制了電池的光電性能。
研究團隊在制備窄帶隙鈣鈦礦薄膜時，根據鈣鈦礦結晶生長理論，篩選了20多種添加劑，最終發現具有緩沖劑特性的兩性離子甘氨酰胺鹽酸鹽可以同時實現鉛錫鈣鈦礦的結晶調控和埋底界面鈍化。
“甘氨酰胺鹽酸鹽可以抑制鈣鈦礦結晶過程中的溶劑揮發，延緩鈣鈦礦的結晶速率，大幅延長鈣鈦礦薄膜大面積成膜的制備窗口時間，實現鉛錫鈣鈦礦薄膜的大面積、均勻化制備。”高寒介紹，“使用該方法，薄膜結晶的時間延長至原來的十倍，后續再進行退火處理，結晶后的晶粒長得更大、貫穿性更好，而且可以減少底部界面處的缺陷密度，大幅提升鈣鈦礦薄膜的載流子壽命，有效提升了窄帶隙子電池的光電性能。”
在此基礎上，團隊將窄帶隙鈣鈦礦薄膜與寬帶隙鈣鈦礦薄膜結合，形成20.25平方厘米的疊層組件。“雖然相較于此前約1平方厘米的鈣鈦礦小面積電池明顯增大，但想推進到商用階段，理想目標是至少到1.2×0.6米。”高寒說。
譚海仁表示，團隊將繼續嘗試制備面積更大、效率更高的全鈣鈦礦疊層光伏組件，加速推進產業化進程。
全鈣鈦礦疊層電池光電轉換效率再創新高。25日，記者從南京大學獲悉，該校現代工程與應用科學學院譚海仁課題組研發的大面積全鈣鈦礦疊層組件，經國際第三方權威認證機構測試，其穩態光電轉換效率高達24.5%，刷新了全鈣鈦礦疊層組件的世界紀錄效率，相關結果已被收錄到國際權威的《太陽能電池效率表》。近日，該團隊相關論文發表于國際學術期刊《科學》。
譚海仁坦言，相較于傳統的晶硅單結太陽能電池，鈣鈦礦疊層太陽能電池生產成本更低、更節能，其輕量化、柔性化的特點使其更容易彎折，使用場景更多。
鈣鈦礦疊層太陽能電池由電極、鈣鈦礦吸光層、空穴傳輸層、電子傳輸層等結構堆疊而成，寬帶隙鈣鈦礦薄膜和窄帶隙鈣鈦礦薄膜是疊層電池中重要的吸光層。
當前，窄帶隙鈣鈦礦薄膜的均勻制備是制約大面積組件性能提升的關鍵問題。
“窄帶隙鈣鈦礦薄膜的吸光范圍更廣，能夠吸收寬帶隙鈣鈦礦薄膜吸收不了的光，可以提高光電轉化效率。但現有的規模化制備技術開發尚未聚焦于窄帶隙鈣鈦礦薄膜。”該論文的第一作者、南京大學2019級直博生高寒告訴記者，含錫鈣鈦礦薄膜的結晶速度快，大面積量產制備的時間窗口短，易出現成膜不均勻的問題。此外，刮涂制備窄帶隙鈣鈦礦時，組件自上而下不同步的結晶過程，使其底部界面出現大量缺陷，嚴重限制了電池的光電性能。
研究團隊在制備窄帶隙鈣鈦礦薄膜時，根據鈣鈦礦結晶生長理論，篩選了20多種添加劑，最終發現具有緩沖劑特性的兩性離子甘氨酰胺鹽酸鹽可以同時實現鉛錫鈣鈦礦的結晶調控和埋底界面鈍化。
“甘氨酰胺鹽酸鹽可以抑制鈣鈦礦結晶過程中的溶劑揮發，延緩鈣鈦礦的結晶速率，大幅延長鈣鈦礦薄膜大面積成膜的制備窗口時間，實現鉛錫鈣鈦礦薄膜的大面積、均勻化制備。”高寒介紹，“使用該方法，薄膜結晶的時間延長至原來的十倍，后續再進行退火處理，結晶后的晶粒長得更大、貫穿性更好，而且可以減少底部界面處的缺陷密度，大幅提升鈣鈦礦薄膜的載流子壽命，有效提升了窄帶隙子電池的光電性能。”
在此基礎上，團隊將窄帶隙鈣鈦礦薄膜與寬帶隙鈣鈦礦薄膜結合，形成20.25平方厘米的疊層組件。“雖然相較于此前約1平方厘米的鈣鈦礦小面積電池明顯增大，但想推進到商用階段，理想目標是至少到1.2×0.6米。”高寒說。
譚海仁表示，團隊將繼續嘗試制備面積更大、效率更高的全鈣鈦礦疊層光伏組件，加速推進產業化進程。
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