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編者按：隨著工業(yè)的發(fā)展，石油煤炭等化石燃料被大量開采使用，隨之而來的是嚴重的資源匱乏和環(huán)境惡化問題，可再生能源成了人們的新能源發(fā)展方向，如鈣鈦礦，我國研究單位在鈣鈦該領(lǐng)域的研究成果數(shù)量占全球總量的40%，未來也將向此方向發(fā)展。


工業(yè)的進步與人類文明的發(fā)展伴隨著石油、煤炭等化石燃料的大量消耗，隨著時間的推移帶來了嚴重的資源問題與環(huán)境問題。可再生能源成為人類文明可持續(xù)發(fā)展的“救世主”，其中，取之不盡用之不竭的太陽能無疑是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ?a href="http://kuainv.com.cn/news/search.php?kw=%E5%8F%AF%E5%86%8D%E7%94%9F%E8%83%BD%E6%BA%90">可再生能源。最常見的太陽能利用方式之一是太陽能電池，它是利用光生伏特效應(yīng)把太陽能轉(zhuǎn)化為電能的光伏技術(shù)，然而目前高效率太陽能電池造價高、工藝難，無法成為主流的發(fā)電方式。相比于傳統(tǒng)的太陽能電池，新型的鈣鈦礦太陽能電池具有可溶液制備、生產(chǎn)成本低、效率高等特點，引起世界范圍的廣泛關(guān)注。由鈣鈦礦光吸收層、電荷傳輸層等半導(dǎo)體材料組成的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)是鈣鈦礦太陽能電池實現(xiàn)載流子分離和提取的關(guān)鍵，是光電轉(zhuǎn)換的核心結(jié)構(gòu)。

然而，由于鈣鈦礦結(jié)構(gòu)不穩(wěn)固，在工作條件下極易受光照、電場、溫度、水氧等作用的影響產(chǎn)生大量結(jié)構(gòu)缺陷，導(dǎo)致鈣鈦礦電池中異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的破壞，使電池性能顯著降低。因此，進一步穩(wěn)固鈣鈦礦太陽能電池中“柔弱”的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)是提高穩(wěn)定性的關(guān)鍵。針對此問題，上海交通大學(xué)楊旭東、韓禮元研究團隊通過在一層表面富鉛的鈣鈦礦半導(dǎo)體薄膜表面沉積氯化氧化石墨烯薄膜，依靠氯-鉛鍵、氧-鉛鍵的強相互作用鍵合，構(gòu)建新的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)。利用光學(xué)、電學(xué)等技術(shù)進行表征，研究團隊發(fā)現(xiàn)該異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，可有效抑制鈣鈦礦半導(dǎo)體薄膜的分解，減少了結(jié)構(gòu)缺陷的產(chǎn)生，防止分解后離子遷移對電荷傳輸層功能性的破壞。具有該異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦太陽能電池，在一個標(biāo)準(zhǔn)太陽光光強和60℃條件下連續(xù)工作1000小時后，仍然保有初始效率的90%，且電池的穩(wěn)態(tài)輸出效率通過了國際認證機構(gòu)-日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所（AIST）光伏技術(shù)研究中心的認證。

 

圖1. A，富鉛鈣鈦礦薄膜制備過程；圖B，氯化氧化石墨烯覆蓋于鈣鈦礦薄膜表面；圖C，D，E，異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)中氯-鉛鍵，氧-鉛鍵形成；圖F，G，H，穩(wěn)定性表征：不同異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，電荷傳輸層表面電勢分布

該研究團隊的工作提供了一種通過構(gòu)建穩(wěn)固的異質(zhì)結(jié)來提高鈣鈦礦太陽電池穩(wěn)定性的方法，對于鈣鈦礦太陽能電池商業(yè)化的實現(xiàn)具有重要的價值和意義。這也是該研究團隊，繼2015年在Science期刊上發(fā)表高效率鈣鈦礦光伏研究成果，2017年在Nature期刊上發(fā)表大面積鈣鈦礦太陽能電池組件研究成果之后的又一個重要進展[1,2]。在鈣鈦礦太陽能電池所引發(fā)的全球范圍研究浪潮中，我國科研人員在這一領(lǐng)域發(fā)揮著舉足輕重的作用。最新統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，我國研究單位在該領(lǐng)域的研究成果數(shù)量占全球總量的40%，已然成為鈣鈦礦光伏領(lǐng)域的中流砥柱。有理由相信，在相關(guān)領(lǐng)域科研工作者的共同努力下，中國作為世界上最大的太陽能電池生產(chǎn)國，極有可能成為首個實現(xiàn)鈣鈦礦太陽能電池產(chǎn)業(yè)化的國家。

原標(biāo)題:遠離燒煤燒油的日子，低成本光伏發(fā)電來日可期