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因其高功率轉(zhuǎn)換效率和低成本，鈣鈦礦太陽能電池（PVSC）成為傳統(tǒng)硅基太陽能電池一種頗具前景的替代品。然而，其發(fā)展的主要挑戰(zhàn)之一是實現(xiàn)長期穩(wěn)定性。

最近，香港城市大學的一個研究小組開發(fā)出一種創(chuàng)新的多功能和非揮發(fā)性添加劑，實現(xiàn)了突破。這種添加劑可以通過調(diào)節(jié)鈣鈦礦薄膜的生長來提高鈣鈦礦太陽能電池的效率和穩(wěn)定性。這種簡單有效的策略對于推進PVSC的商業(yè)化有著巨大的潛力。

"這種類型的多功能添加劑一般可用于制備不同的鈣鈦礦組合物，用于制造高效穩(wěn)定的鈣鈦礦太陽能電池。”領(lǐng)導(dǎo)這項研究的香港城市大學材料科學講座教授兼香港清潔能源研究所所長Alex Jen Kwan-yue教授解釋稱，"高質(zhì)量的鈣鈦礦薄膜可以實現(xiàn)大面積太陽能組件的升級。”

由于令人印象深刻的太陽能轉(zhuǎn)換效率，PVSC已經(jīng)引起了極大的關(guān)注。由于鈣鈦礦可以從溶液中沉積到制造表面，因此PVSC有可能被用于建筑一體化光伏（BIPV）、可穿戴設(shè)備和太陽能電站應(yīng)用。

然而，效率和穩(wěn)定性仍然受到與鈣鈦礦界面和晶界嵌入缺陷有關(guān)的、嚴重能量損失的影響。因此，在決定PVSC可實現(xiàn)的效率和穩(wěn)定性方面，鈣鈦礦薄膜的內(nèi)在質(zhì)量發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

盡管此前的許多研究都集中在用揮發(fā)性添加劑來改善薄膜的形態(tài)和質(zhì)量，但這些添加劑在退火后往往會從薄膜中逸出，在鈣鈦礦-基板界面產(chǎn)生空隙。

為了解決這些問題，城大的研究人員開發(fā)出一種簡單有效的、通過調(diào)節(jié)鈣鈦礦薄膜的生長以提高薄膜質(zhì)量的策略。他們發(fā)現(xiàn)，通過在鈣鈦礦前體中加入一種多功能分子（4-胍基苯甲酸鹽酸鹽，（GBAC）），形成氫鍵橋接的中間相并對結(jié)晶進行調(diào)控，可以獲得高質(zhì)量的鈣鈦礦薄膜，其鈣鈦礦晶體晶粒大，晶粒從薄膜底部向表面連貫生長。

由于該分子的不揮發(fā)性，它還可以作為退火后的鈣鈦礦薄膜中有效的缺陷鈍化連接劑（一種降低鈣鈦礦薄膜缺陷密度的方法），從而顯著降低非輻射復(fù)合損耗，改善薄膜質(zhì)量。

他們的實驗表明，引入GBAC后，鈣鈦礦薄膜的缺陷密度顯著降低?；诟男遭}鈦礦的倒置（p-i-n），鈣鈦礦太陽能電池的功率轉(zhuǎn)換效率提升至24.8%（日本電氣安全與環(huán)境技術(shù)實驗室認證的24.5%），這是文獻報道的最高值之一。

同時，該器件的總能量損失降至0.36eV，是具有高功率轉(zhuǎn)換效率的PVSC器件中能量損失最低的器件之一。

此外，在充滿氮氣的手套箱中，在65±5℃下連續(xù)加熱時，未封裝的器件表現(xiàn)出超過1000小時的更好的熱穩(wěn)定性，同時保持了98%的原始效率。

研究小組證明了這一策略對不同鈣鈦礦成分和大面積器件的普遍適用性。例如，實驗中一個較大面積的器件（1平方厘米）用這種策略實現(xiàn)了22.7%的高太陽能轉(zhuǎn)換效率，表明了在制造可擴展的高效PVSC方面的巨大潛力。

"這項工作為實現(xiàn)優(yōu)化的鈣鈦礦薄膜質(zhì)量提供了一條清晰的路徑，可以促進高效穩(wěn)定的鈣鈦礦太陽能電池的開發(fā)及其在實際應(yīng)用中的升級。”

在未來，這一團隊的目標是通過成分和界面設(shè)計進一步擴展分子結(jié)構(gòu)并優(yōu)化器件結(jié)構(gòu)。他們還將專注于大面積器件的制造。

原標題：鈣鈦礦太陽電池新突破!