新型太陽能電池效率更高

太陽光取之不盡、用之不竭，光伏技術是利用半導體的光電效應，將太陽輻射直接轉變為直流電。如果能高效利用光伏發電，該有多好。中國科學院青島生物能源與研究所的研究團隊日前在鈣鈦礦太陽能電池領域取得重大突破，為高效穩定鈣鈦礦光伏組件的商業化落地奠定堅實基礎。

作為新一代光伏技術的代表，鈣鈦礦太陽能電池的發電效率已接近傳統晶硅電池。研究人員表示，鈣鈦礦太陽能電池具備成本低廉、加工靈活等顯著優勢。然而，鈣鈦礦太陽能電池存在致命弱點，其內部介面存在缺陷，影響電流傳輸，導致電池易損壞，難以實現長期穩定工作。為了解決這個問題，研究團隊通過配體分子表面調控，開發了一種調控氧化錫納米顆粒表面配體作用力，以介面處自發釋放胺類配體形成2D/3D異質結的策略。

研究團隊依次將巰基乙酸和油胺接枝到二氧化錫納米顆粒表面，乙酸與油胺之間形成的的強化學鍵，確保了僅在鈣鈦礦薄膜的熱退火過程中發生與甲脒碘的陽離子交換，從而在鈣鈦礦薄膜底部介面處自發形成2D/3D鈣鈦礦結構。這種位置可控的2D/3D結構加速了鈣鈦礦相的形成，顯著提升了鈣鈦礦薄膜的結晶質量，使薄膜底層介面的缺陷濃度降低十倍以上，也展現出卓越的光電轉換效率。研究人員指出，同時，使用這種新材料還進一步製備了六乘六平方厘米和十乘十平方厘米的大面積鈣鈦礦光伏組件，其光電轉換效率分別達到百分之廿三點四四和廿二點二二，展現了卓越的工藝放大能力。與傳統的二維材料底層介面修飾相比，該新型納米材料具有多功能性、材料穩定性、高光電轉換效率、可擴展性、長使用壽命等特點。其中，這種新材料在具有載流子提取與傳輸特性的同時，還兼具缺陷鈍化的功能；這一特殊結構如同為電池介面添加“防護膜”，使鈣鈦礦缺陷減少十倍以上，同時進一步優化了電池內部的電流傳輸。

研究顯示，在連續工作超過三千小時後，新材料仍能保持百分之九十五以上的初試性能，遠超傳統鈣鈦礦太陽能電池。

據悉，該研究對新型高效穩定的鈣鈦礦光伏組件的研發、為鈣鈦礦光伏技術的商業化應用具有重要意義，為助力國家新能源產業建設、保障國家能源安全提供技術支撐。研究團隊提供了一種經過驗證的、簡單有效的替代方案，為設計下一代兼具高效率和高運行穩定性的鈣鈦礦太陽能電池指明清晰的材料設計方向。目前，該研究已獲得專利保護，團隊下一步將繼續推進相關技術的轉化應用。

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