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因其高功率轉(zhuǎn)換效率和低成本，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（PVSC）成為傳統(tǒng)硅基太陽(yáng)能電池一種頗具前景的替代品。然而，其發(fā)展的主要挑戰(zhàn)之一是實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

最近，香港城市大學(xué)的一個(gè)研究小組開(kāi)發(fā)出一種創(chuàng)新的多功能和非揮發(fā)性添加劑，實(shí)現(xiàn)了突破。這種添加劑可以通過(guò)調(diào)節(jié)鈣鈦礦薄膜的生長(zhǎng)來(lái)提高鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的效率和穩(wěn)定性。這種簡(jiǎn)單有效的策略對(duì)于推進(jìn)PVSC的商業(yè)化有著巨大的潛力。

"這種類型的多功能添加劑一般可用于制備不同的鈣鈦礦組合物，用于制造高效穩(wěn)定的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池。”領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的香港城市大學(xué)材料科學(xué)講座教授兼香港清潔能源研究所所長(zhǎng)Alex Jen Kwan-yue教授解釋稱，"高質(zhì)量的鈣鈦礦薄膜可以實(shí)現(xiàn)大面積太陽(yáng)能組件的升級(jí)。”

由于令人印象深刻的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換效率，PVSC已經(jīng)引起了極大的關(guān)注。由于鈣鈦礦可以從溶液中沉積到制造表面，因此PVSC有可能被用于建筑一體化光伏（BIPV）、可穿戴設(shè)備和太陽(yáng)能電站應(yīng)用。

然而，效率和穩(wěn)定性仍然受到與鈣鈦礦界面和晶界嵌入缺陷有關(guān)的、嚴(yán)重能量損失的影響。因此，在決定PVSC可實(shí)現(xiàn)的效率和穩(wěn)定性方面，鈣鈦礦薄膜的內(nèi)在質(zhì)量發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

盡管此前的許多研究都集中在用揮發(fā)性添加劑來(lái)改善薄膜的形態(tài)和質(zhì)量，但這些添加劑在退火后往往會(huì)從薄膜中逸出，在鈣鈦礦-基板界面產(chǎn)生空隙。

為了解決這些問(wèn)題，城大的研究人員開(kāi)發(fā)出一種簡(jiǎn)單有效的、通過(guò)調(diào)節(jié)鈣鈦礦薄膜的生長(zhǎng)以提高薄膜質(zhì)量的策略。他們發(fā)現(xiàn)，通過(guò)在鈣鈦礦前體中加入一種多功能分子（4-胍基苯甲酸鹽酸鹽，（GBAC）），形成氫鍵橋接的中間相并對(duì)結(jié)晶進(jìn)行調(diào)控，可以獲得高質(zhì)量的鈣鈦礦薄膜，其鈣鈦礦晶體晶粒大，晶粒從薄膜底部向表面連貫生長(zhǎng)。

由于該分子的不揮發(fā)性，它還可以作為退火后的鈣鈦礦薄膜中有效的缺陷鈍化連接劑（一種降低鈣鈦礦薄膜缺陷密度的方法），從而顯著降低非輻射復(fù)合損耗，改善薄膜質(zhì)量。

他們的實(shí)驗(yàn)表明，引入GBAC后，鈣鈦礦薄膜的缺陷密度顯著降低?；诟男遭}鈦礦的倒置（p-i-n），鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的功率轉(zhuǎn)換效率提升至24.8%（日本電氣安全與環(huán)境技術(shù)實(shí)驗(yàn)室認(rèn)證的24.5%），這是文獻(xiàn)報(bào)道的最高值之一。

同時(shí)，該器件的總能量損失降至0.36eV，是具有高功率轉(zhuǎn)換效率的PVSC器件中能量損失最低的器件之一。

此外，在充滿氮?dú)獾氖痔紫渲?，?5±5℃下連續(xù)加熱時(shí)，未封裝的器件表現(xiàn)出超過(guò)1000小時(shí)的更好的熱穩(wěn)定性，同時(shí)保持了98%的原始效率。

研究小組證明了這一策略對(duì)不同鈣鈦礦成分和大面積器件的普遍適用性。例如，實(shí)驗(yàn)中一個(gè)較大面積的器件（1平方厘米）用這種策略實(shí)現(xiàn)了22.7%的高太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換效率，表明了在制造可擴(kuò)展的高效PVSC方面的巨大潛力。

"這項(xiàng)工作為實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的鈣鈦礦薄膜質(zhì)量提供了一條清晰的路徑，可以促進(jìn)高效穩(wěn)定的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的開(kāi)發(fā)及其在實(shí)際應(yīng)用中的升級(jí)。”

在未來(lái)，這一團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)是通過(guò)成分和界面設(shè)計(jì)進(jìn)一步擴(kuò)展分子結(jié)構(gòu)并優(yōu)化器件結(jié)構(gòu)。他們還將專注于大面積器件的制造。

原標(biāo)題：鈣鈦礦太陽(yáng)電池新突破!