反向鈣鈦礦太陽能電池功率轉換效率為百分22

可以從太陽產生能量的光伏(PV)電池對于解決當前的環境危機可能非常有用。鈣鈦礦光伏電池(由金屬鹵化物鈣鈦礦半導體制成的電池)最近被證明特別有前途，因為研究人員設法將其功率轉換效率從3.8%一直提高到25.2%。

鈣鈦礦的卓越效率使其成為下一代可低溫加工的光伏技術發展的領先競爭者。鈣鈦礦型光伏電池可具有兩種主要的設計原型：所謂的規則(壓區)結構和倒置(銷形)結構。到目前為止，具有規則結構的電池已實現了最高的功率轉換效率，而具有反向結構的電池已獲得了更長的工作時間。

阿卜杜拉國王科技大學(KAUST)和多倫多大學的研究人員最近能夠減小以前觀察到的具有規則結構的鈣鈦礦型光伏電池與具有反向結構的鈣鈦礦型光伏電池之間的效率差距。他們發表在《自然能源》上的論文介紹了一種新的設計策略，該策略使他們能夠制造出使用壽命長，功率轉換效率高達22.3%的倒裝太陽能電池。

參與這項研究的研究人員之一鄭小鵬對TechXplore表示：“基于規則結構的效率最高的鈣鈦礦光伏設備必須在其空穴傳輸材料中摻入離子摻雜劑。” “通過消除這些不穩定的摻雜物，反向光伏器件為技術的運行穩定性做出了貢獻。不幸的是，反向鈣鈦礦光伏的功率轉換效率大大落后于常規結構器件(分別為20.9%和25.2%)。 ”

Zheng認為，要使鈣鈦礦光伏技術真正產生商業和環境影響，研究人員首先需要確保其在操作穩定性和功率轉換效率方面都出色。他與KAUST和多倫多大學的同事合作開發的設計策略可以通過改善通常用于制造PV器件的鈣鈦礦材料的結構和光電性能來幫助實現這一目標。

Zheng和他的同事在鈣鈦礦材料中添加了痕量不同鏈長的表面錨定烷基胺配體(AAL)。這使得它們可以改變材料的某些特性，從而導致功率轉換效率高于具有倒置結構的鈣鈦礦型PV太陽能電池中通常觀察到的功率轉換效率。

“我們發現在加工過程中僅痕量的烷基胺就足以通過以下有利方式改變鈣鈦礦材料的性能：(i)促進晶粒取向;(ii)抑制陷阱態密度;(iii)減少載流子非輻射重組(即損失)，以及增強載流子遷移率和擴散長度;(iv)抑制鈣鈦礦中的離子遷移，”參與這項研究的另一位研究員Yi Hou對TechXplore說。

Zheng，Hou及其同事使用的AAL表面改性鈣鈦礦薄膜與未改性薄膜相比具有(100)取向和低得多的陷阱態密度。它們還具有增強的載流子遷移率和擴散長度，從而使器件具有22.3%的經認證穩定功率轉換效率。