刷新世界紀錄！我國全鈣鈦礦疊層電池光電轉換效率達24.5%
【化工儀器網 項目成果】鈣鈦礦是一種常見的晶體結構材料，因為分子結構式ABX3與礦物質鈦酸鈣CaTiO3相似而得名。鈣鈦礦是新型太陽能電池的重點研發(fā)方向之一。同時，鈣鈦礦電池以其高效率、低成本、制備工藝簡單等特點，被認為是極具潛力的高效率低成本光伏技術之一，在未來的光伏發(fā)電技術中將占據重要的地位。
從產品路線來看，鈣鈦礦電池可分為單結電池和疊層電池。單結鈣鈦礦電池指只有一個PN結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。從技術路線來看，目前鈣鈦礦-晶硅疊層電池最為接近產業(yè)化，其中與異質結疊層匹配度最好、效率最高。
和傳統晶硅材料相比，鈣鈦礦光伏組件更輕、更薄，具有可彎曲、半透明等良好特性，應用場景更豐富。不過，光伏界的普遍共識是，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。
南京大學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化效率28%、大面積疊層組件光電轉化效率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，疊層組件的光電轉化效率應該更高。
突破難點在于窄帶隙鈣鈦礦薄膜的生產工藝，窄帶隙鈣鈦礦薄膜的結晶過程太快，不好控制，大面積制備時，會出現薄膜不均勻的問題。而且鈣鈦礦的結晶過程上下不同步，容易導致薄膜的底部產生大量缺陷。
為了解決這個問題，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(fā)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，將薄膜的制備時間延長到原來的10倍左右，并且能自發(fā)誘導修復底部缺陷。
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合后，所形成的疊層組件面積達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。
當前鈣鈦礦成本仍然較高，技術進步以及規(guī)模化有望助力降本。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(jié)能，其輕量化、柔性化的特點使其更容易彎折，使用場景更多。該研究成果有效推動了鈣鈦礦疊層太陽能電池的商業(yè)化進程。
(資料參考來源：人民日報)
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