近日，中國科學技術大學教授楊上峰團隊在鈣鈦礦太陽能電池領域取得重要進展，傳統（n-i-p）結構的單結鈣鈦礦太陽能電池實現了26.1%的光電轉換效率，第三方機構認證效率為25.8%，為目前n-i-p結構鈣鈦礦太陽能電池中最高效率之一。相關研究成果日前發表于《焦耳》。
鈣鈦礦太陽能電池是以有機-無機雜化鈣鈦礦材料作為吸光層的第三代太陽能電池，具有高效、低成本和可溶液加工等特點，受到了科研機構和產業界的廣泛關注。鈣鈦礦的結晶取向已被證明是決定鈣鈦礦太陽能電池器件效率的關鍵因素之一。根據文獻中的報道，鈣鈦礦的不同晶面具有不同的化學、物理和光電特性，不同晶面產生的光電流大小為(100)>(111)>(110)，而且(100)和(111)晶面比(110)晶面表現出更高的載流子遷移率。另一方面，影響n-i-p結構鈣鈦礦太陽能電池器件性能的另一個關鍵因素是鈣鈦礦/氧化錫層的埋底界面，該界面存在的缺陷會造成額外的非輻射復合損失，從而降低光電轉換效率。在以往的研究中，同時實現擇優結晶取向和良好埋底界面的策略主要依賴于引入額外的界面鈍化層，但這增加了器件制備的復雜程度。由此帶來的科學問題是：在不引入額外的界面鈍化層的前提下，是否有更為簡便的方法同時實現擇優結晶取向和良好埋底界面？
針對上述問題，研究團隊發展了一種簡便有效的方法，通過在鈣鈦礦前驅體溶液中添加雙功能配體2-(甲基硫代)鹽酸乙胺，簡稱為METEAM，不僅誘導（100）取向的鈣鈦礦薄膜結晶生長，同時改善了鈣鈦礦/氧化錫層的埋底界面。
值得一提的是，此前文獻中的報道的大部分添加劑僅具有單一功能，而METEAM添加劑具有雙功能，分別與鈣鈦礦中的鉛離子和氧化錫中的錫離子發生配位作用。
實驗結果表明，經過METEAM處理后，鈣鈦礦薄膜表現出更低的陷阱態密度、更長的載流子壽命和更高的載流子遷移率，相應的單結鈣鈦礦太陽能電池器件的光電轉換效率高達26.1%，第三方機構認證效率也高達25.8%。同時，由于鈣鈦礦薄膜的陷阱態密度降低，器件的光照穩定性也得到了顯著的提升。
研究人員介紹，該策略為提高鈣鈦礦太陽能電池的綜合性能提供了新的思路。
來源：中國科學報
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