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盛會(huì)邀請(qǐng)丨2025全國(guó)表面分析技術(shù)及新材料表征研討會(huì)
2025年4月28日09:00至4月29日12:00，化工儀器網(wǎng)[詳細(xì)]
刷新世界紀(jì)錄！我國(guó)全鈣鈦礦疊層電池光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)24.5%
2024年02月29日 10:45:05
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：羊舌木 點(diǎn)擊量：15397
使用該方法制造的窄帶隙鈣鈦礦薄膜,，與寬帶隙鈣鈦礦薄膜結(jié)合后,，所形成的疊層組件面積達(dá)20.25平方厘米，相較之前約1平方厘米的鈣鈦礦小面積電池明顯增大,，并且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。
【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】鈣鈦礦是一種常見的晶體結(jié)構(gòu)材料,，因?yàn)榉肿咏Y(jié)構(gòu)式ABX3與礦物質(zhì)鈦酸鈣CaTiO3相似而得名,。鈣鈦礦是新型太陽能電池的重點(diǎn)研發(fā)方向之一。同時(shí),，鈣鈦礦電池以其高效率,、低成本、制備工藝簡(jiǎn)單等特點(diǎn),，被認(rèn)為是極具潛力的高效率低成本光伏技術(shù)之一,，在未來的光伏發(fā)電技術(shù)中將占據(jù)重要的地位。
從產(chǎn)品路線來看,，鈣鈦礦電池可分為單結(jié)電池和疊層電池,。單結(jié)鈣鈦礦電池指只有一個(gè)PN結(jié)的鈣鈦礦太陽能電池，疊層電池包括全鈣鈦礦疊層,，或者鈣鈦礦與晶硅疊層,。從技術(shù)路線來看，目前鈣鈦礦-晶硅疊層電池最為接近產(chǎn)業(yè)化,，其中與異質(zhì)結(jié)疊層匹配度最好,、效率最高。
和傳統(tǒng)晶硅材料相比,，鈣鈦礦光伏組件更輕,、更薄，具有可彎曲,、半透明等良好特性,，應(yīng)用場(chǎng)景更豐富。不過,，光伏界的普遍共識(shí)是,，全鈣鈦礦疊層電池才是鈣鈦礦的終極方案。
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(jié)構(gòu)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(dāng)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(guān)鍵問題。
南京大學(xué)譚海仁教授課題組一直致力于研究鈣鈦礦,，取得小面積電池光電轉(zhuǎn)化效率28%,、大面積疊層組件光電轉(zhuǎn)化效率21.7%等成果。然而,，疊層組件由帶隙不同的子電池堆疊而成,，窄帶隙子電池能夠吸收寬帶隙子電池吸收不了的光，理論上,，疊層組件的光電轉(zhuǎn)化效率應(yīng)該更高,。
突破難點(diǎn)在于窄帶隙鈣鈦礦薄膜的生產(chǎn)工藝，窄帶隙鈣鈦礦薄膜的結(jié)晶過程太快,，不好控制,，大面積制備時(shí)，會(huì)出現(xiàn)薄膜不均勻的問題,。而且鈣鈦礦的結(jié)晶過程上下不同步,，容易導(dǎo)致薄膜的底部產(chǎn)生大量缺陷。
為了解決這個(gè)問題,，研究團(tuán)隊(duì)在制備窄帶隙鈣鈦礦薄膜時(shí),，根據(jù)鈣鈦礦結(jié)晶生長(zhǎng)理論，篩選了20多種添加劑,，最終發(fā)現(xiàn)具有緩沖劑特性的兩性離子甘氨酰胺鹽酸鹽可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)鉛錫鈣鈦礦的結(jié)晶調(diào)控和埋底界面鈍化,，將薄膜的制備時(shí)間延長(zhǎng)到原來的10倍左右，并且能自發(fā)誘導(dǎo)修復(fù)底部缺陷,。
使用該方法制造的窄帶隙鈣鈦礦薄膜,，與寬帶隙鈣鈦礦薄膜結(jié)合后，所形成的疊層組件面積達(dá)20.25平方厘米,，相較之前約1平方厘米的鈣鈦礦小面積電池明顯增大,，并且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,。
當(dāng)前鈣鈦礦成本仍然較高,，技術(shù)進(jìn)步以及規(guī)?；型当?。相較于傳統(tǒng)的晶硅單結(jié)太陽能電池，鈣鈦礦疊層太陽能電池生產(chǎn)成本更低,、更節(jié)能,，其輕量化、柔性化的特點(diǎn)使其更容易彎折，使用場(chǎng)景更多,。該研究成果有效推動(dòng)了鈣鈦礦疊層太陽能電池的商業(yè)化進(jìn)程,。
(資料參考來源：人民日?qǐng)?bào))
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