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自中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所傳來消息，該所游經(jīng)碧研究員團(tuán)隊(duì)在鈣鈦礦太陽能電池領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)里程碑式突破。團(tuán)隊(duì)研發(fā)的鈣鈦礦太陽能電池原型器件經(jīng)權(quán)威認(rèn)證，光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)27.2%，同時(shí)在極端環(huán)境測(cè)試中展現(xiàn)出卓越穩(wěn)定性——在1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)太陽光下持續(xù)運(yùn)行1529小時(shí)后仍保持86.3%初始效率，在85℃光熱耦合加速老化條件下運(yùn)行1000小時(shí)后維持82.8%效率。相關(guān)成果發(fā)表于國際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》，為鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)化鋪平關(guān)鍵道路。 研究團(tuán)隊(duì)聚焦鈣鈦礦薄膜生長過程中的關(guān)鍵瓶頸——氯元素分布不均問題。傳統(tǒng)工藝中，輔助材料甲基氯化銨（MACl）雖能促進(jìn)晶體生長，但其氯離子在結(jié)晶過程中易向上表面富集，導(dǎo)致界面缺陷密度激增、載流子復(fù)合損失嚴(yán)重。團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新提出“垂直方向均勻化氯元素分布策略（HVCD）”，通過在薄膜生長階段引入堿金屬草酸鹽，利用鉀離子與氯離子的強(qiáng)結(jié)合作用，將氯元素均勻鎖定在鈣鈦礦晶格中。這一技術(shù)使薄膜載流子壽命從行業(yè)平均的5微秒躍升至20微秒，界面缺陷態(tài)密度降至每立方厘米10¹³個(gè)量級(jí)，較傳統(tǒng)工藝降低兩個(gè)數(shù)量級(jí)。 經(jīng)日本JET、美國NREL等國際權(quán)威機(jī)構(gòu)認(rèn)證，基于HVCD技術(shù)的鈣鈦礦電池在0.074平方厘米小面積器件上實(shí)現(xiàn)27.2%轉(zhuǎn)換效率，14.6平方厘米模組效率達(dá)21%，刷新同類技術(shù)紀(jì)錄。穩(wěn)定性測(cè)試中，器件在模擬實(shí)際工況的連續(xù)光照條件下（40-50℃環(huán)境溫度）運(yùn)行1529小時(shí)后效率衰減僅13.7%，在85℃高溫高濕環(huán)境中經(jīng)1000小時(shí)加速老化后仍保持82.8%初始效率，遠(yuǎn)超IEC61215標(biāo)準(zhǔn)要求的2000小時(shí)衰減不超過15%的基準(zhǔn)。 “這項(xiàng)研究解決了鈣鈦礦電池效率與穩(wěn)定性的根本矛盾。”中國科學(xué)院院士李樹深評(píng)價(jià)道。團(tuán)隊(duì)通過材料基因工程方法篩選出最優(yōu)堿金屬草酸鹽組合，結(jié)合原位表征技術(shù)揭示了氯元素遷移的原子級(jí)機(jī)制，為后續(xù)大面積制備提供了理論支撐。據(jù)悉，該技術(shù)已進(jìn)入中試階段，預(yù)計(jì)2027年實(shí)現(xiàn)GW級(jí)產(chǎn)能落地，屆時(shí)中國將主導(dǎo)全球鈣鈦礦電池標(biāo)準(zhǔn)制定。 |
