刷新紀(jì)錄！多晶薄膜太陽能電池光電轉(zhuǎn)化效率超過30%

通過串聯(lián)寬、窄帶隙鈣鈦礦子電池構(gòu)筑的全鈣鈦礦疊層太陽能電池，兼?zhèn)涓咝屎偷统杀镜葍?yōu)點，是下一代光伏技術(shù)的重要發(fā)展方向。南京大學(xué)獲悉，團隊設(shè)計了一種基于偶極鈍化策略制備的全鈣鈦礦疊層太陽能電池，該電池經(jīng)國際權(quán)威機構(gòu)日本電氣安全和環(huán)境技術(shù)實驗室認(rèn)證后發(fā)現(xiàn)，光電轉(zhuǎn)換效率高達30.1%，該結(jié)果被收錄到《太陽能電池效率表》。相關(guān)成果發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《自然》。

目前全鈣鈦礦疊層電池的效率主要受限于較小的開路電壓和填充因子，其中鉛―錫混合窄帶隙鈣鈦礦電池在高短路電流密度輸出的條件下，無法同時實現(xiàn)較高的開路電壓和填充因子，這是限制全鈣鈦礦疊層電池效率的主要原因。

為解決上述瓶頸，研究團隊在鈣鈦礦、空穴傳輸層界面處設(shè)計了一種正偶極取向的偶極鈍化層。

正偶極鈍化層能有效調(diào)節(jié)鈣鈦礦和空穴傳輸層的能級，能使鈣鈦礦、空穴傳輸層間形成有利的能級排列。這種能級排列可有效驅(qū)動電子遠離界面，同時增強界面處的空穴抽取能力，實現(xiàn)了載流子非輻射復(fù)合的減少和載流子輸運的增強。

然而，偶極鈍化層在后續(xù)加工中易被破壞，偶極取向難以被精準(zhǔn)調(diào)控，嚴(yán)重影響了偶極鈍化的作用和器件的光伏性能。

此次研究中，研究團隊探明了鈣鈦礦與空穴傳輸層的組成及缺陷類型，針對性開發(fā)了基于短鏈剛性芳香苯環(huán)的偶極鈍化分子――對氨基苯磺酸。

團隊通過特殊的設(shè)計，精確構(gòu)建出了取向可控的正偶極鈍化層，并實現(xiàn)了偶極層的加工耐受性，實現(xiàn)了偶極取向的可控性。

該鈍化策略加速了新型鈣鈦礦光伏技術(shù)從實驗室走向產(chǎn)業(yè)的進程，對光伏技術(shù)構(gòu)建“平價電網(wǎng)”具有重要推進作用。

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