科技日?qǐng)?bào)記者 金鳳

通過串聯(lián)寬、窄帶隙鈣鈦礦子電池構(gòu)筑的全鈣鈦礦疊層太陽能電池，兼?zhèn)涓咝屎偷统杀镜葍?yōu)點(diǎn)，是下一代光伏技術(shù)的重要發(fā)展方向。10月28日，記者從南京大學(xué)獲悉，該校助理教授林仁興、教授譚海仁團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種基于偶極鈍化策略制備的全鈣鈦礦疊層太陽能電池，該電池經(jīng)國(guó)際權(quán)威機(jī)構(gòu)日本電氣安全和環(huán)境技術(shù)實(shí)驗(yàn)室認(rèn)證后發(fā)現(xiàn)，光電轉(zhuǎn)換效率高達(dá)30.1%，這是多晶薄膜太陽能電池光電轉(zhuǎn)化效率首次超過30%，該結(jié)果被收錄到《太陽能電池效率表》。相關(guān)成果10月28日發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》。

論文的第一作者兼通訊作者、南京大學(xué)助理教授林仁興介紹，目前全鈣鈦礦疊層電池的效率主要受限于較小的開路電壓和填充因子，其中鉛—錫混合窄帶隙鈣鈦礦電池在高短路電流密度輸出的條件下，無法同時(shí)實(shí)現(xiàn)較高的開路電壓和填充因子，這是限制全鈣鈦礦疊層電池效率的主要原因。

為解決上述瓶頸，研究團(tuán)隊(duì)在鈣鈦礦、空穴傳輸層界面處設(shè)計(jì)了一種正偶極取向的偶極鈍化層。

林仁興解釋，正偶極鈍化層能有效調(diào)節(jié)鈣鈦礦和空穴傳輸層的能級(jí)，能使鈣鈦礦、空穴傳輸層間形成有利的能級(jí)排列。這種能級(jí)排列可有效驅(qū)動(dòng)電子遠(yuǎn)離界面，同時(shí)增強(qiáng)界面處的空穴抽取能力，實(shí)現(xiàn)了載流子非輻射復(fù)合的減少和載流子輸運(yùn)的增強(qiáng)。

然而，偶極鈍化層在后續(xù)加工中易被破壞，偶極取向難以被精準(zhǔn)調(diào)控，嚴(yán)重影響了偶極鈍化的作用和器件的光伏性能。

論文共同通訊作者、南京大學(xué)教授譚海仁介紹，此次研究中，研究團(tuán)隊(duì)探明了鈣鈦礦與空穴傳輸層的組成及缺陷類型，針對(duì)性開發(fā)了基于短鏈剛性芳香苯環(huán)的偶極鈍化分子——對(duì)氨基苯磺酸。

團(tuán)隊(duì)通過特殊的設(shè)計(jì)，精確構(gòu)建出了取向可控的正偶極鈍化層，并實(shí)現(xiàn)了偶極層的加工耐受性，實(shí)現(xiàn)了偶極取向的可控性。

林仁興表示：“該鈍化策略加速了新型鈣鈦礦光伏技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)業(yè)的進(jìn)程，對(duì)光伏技術(shù)構(gòu)建‘平價(jià)電網(wǎng)’具有重要推進(jìn)作用。”