轉換效率高達28.0%！新型太陽能電池研究獲重要進展
【化工儀器網 項目成果】太陽能電池在未來的新能源開發領域占有主導地位，有著巨大的發展前景。隨著我國碳中和碳達峰戰略的落實以及全球對環保能源需求的快速增加，對太陽能電池產量的需求也在持續增長。根據國家統計局數據顯示，2022年全年太陽能電池(光伏電池)產量3.4億千瓦，增長46.8%。
"雙碳"目標是我國作出的重大戰略決策，發展清潔低成本的太陽能光伏發電，是實現這一戰略目標的重要途徑與技術保障。通過串聯寬/窄帶隙鈣鈦礦子電池構筑的全鈣鈦礦疊層太陽能電池，兼備高效率和低成本等優點，是下一代光伏技術的重要發展方向。
近日，南京大學譚海仁教授課題組在全鈣鈦礦疊層電池領域取得最新進展，經國際權威認證，其轉換效率高達28.0%，首次超越了傳統晶硅電池，該結果被收錄到最新一期《Solar cell efficiency tables》(Version 61)，匿名審稿專家對這項工作高度評價——“本文在這個領域展示了非常有意義的結果，因為它不僅展示了世界最佳性能的全鈣鈦礦疊層太陽能電池，而且還提出了與現有缺陷鈍化方法不同的3D/3D異質結”。
寬帶隙鈣鈦礦頂電池、窄帶隙鈣鈦礦底電池和隧穿結是構建全鈣鈦礦疊層電池的三個核心部分，開發高性能隧穿結和高效率窄帶隙子電池則是實現高效疊層電池制備的關鍵核心點。研究團隊前期在新型隧穿結結構設計、窄帶隙鈣鈦礦結晶生長調控、晶粒表面缺陷鈍化以及大面積疊層光伏組件的可量產化制備技術等方面開展了系統性研究，實現了認證效率達26.4%的全鈣鈦礦疊層電池和認證效率21.7%的大面積疊層組件。
該項研究還設計了新型的3D/3D雙層鈣鈦礦異質結(PHJ)結構：利用真空蒸發和溶液加工混合法，在鉛-錫混合窄帶隙鈣鈦礦薄膜上生長一層數十納米厚的三維純鉛寬帶隙鈣鈦礦薄膜(FL-WBG)。通過調控三維純鉛寬帶隙鈣鈦礦的組分，使其與窄帶隙鈣鈦礦形成Type-II型異質結結構，促進載流子(電子)從鈣鈦礦吸光層向電子傳輸層抽取，降低鈣鈦礦/電子傳輸層C60之間的界面復合損失。
該項實驗結果顯著提升了電池的開路電壓、填充因子和光電轉換效率，最佳性能的窄帶隙鈣鈦礦電池光電轉換效率達到了23.8%，為目前報道的最高效率。除此之外，PHJ結構帶來的場鈍化效應減少了鈣鈦礦與電子傳輸層的接觸損失，從而有效地屏蔽了表面缺陷層對鉛錫窄帶隙鈣鈦礦太陽電池性能的影響。
本研究將PHJ窄帶隙子電池與高效的寬帶隙子電池進行結合，構筑了高性能的全鈣鈦礦疊層太陽能電池。PHJ結構有效地提升了全鈣鈦礦疊層電池的開路電壓、填充因子以及轉換效率。實驗室自測效率從26.7%提高到28.5%，同時獲得了效率為26.9%的大面積疊層電池。
(資料來源：南京大學新聞網)
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