中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所傳來(lái)喜訊，游經(jīng)碧研究員帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池領(lǐng)域取得重大突破。他們成功制備出高質(zhì)量的鈣鈦礦半導(dǎo)體薄膜，并基于此開(kāi)發(fā)出光電轉(zhuǎn)換效率高達(dá)27.2%的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池原型器件，相關(guān)成果已發(fā)表于國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》（Science）。
鈣鈦礦太陽(yáng)能電池因其低成本印刷制備工藝和高光電轉(zhuǎn)換效率，被視為新一代能源存儲(chǔ)技術(shù)的關(guān)鍵方向。然而，要實(shí)現(xiàn)高效率，高質(zhì)量鈣鈦礦半導(dǎo)體薄膜的制備是核心挑戰(zhàn)。甲基氯化銨（MACl）作為常用的輔助材料，雖能降低成核勢(shì)壘并促進(jìn)晶體生長(zhǎng)，但傳統(tǒng)方法會(huì)導(dǎo)致氯元素在鈣鈦礦中分布不均，進(jìn)而影響器件性能。
針對(duì)這一問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出了垂直方向均勻化氯元素分布策略（HVCD）。通過(guò)在薄膜生長(zhǎng)過(guò)程中引入堿金屬草酸鹽，利用其解離出的鉀離子與氯離子的強(qiáng)結(jié)合作用，有效抑制了氯元素的垂直遷移，使其在材料中均勻分布。這一方法不僅顯著延長(zhǎng)了載流子壽命至20微秒，還將界面缺陷態(tài)密度降低至1013每立方厘米，大幅減少了載流子復(fù)合和界面電子勢(shì)壘。
基于均勻氯分布的鈣鈦礦薄膜，團(tuán)隊(duì)研制的太陽(yáng)能電池原型器件展現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性和效率。在1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)光和最大功率輸出條件下持續(xù)運(yùn)行1529小時(shí)后，器件仍保持初始效率的86.3%；在85℃光熱耦合加速老化測(cè)試中，1000小時(shí)后效率仍達(dá)82.8%。這一成果實(shí)現(xiàn)了效率與穩(wěn)定性的協(xié)同提升，為鈣鈦礦電池的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。
該研究突破了傳統(tǒng)鈣鈦礦電池的效率瓶頸，其低成本、高效率的特性使其在未來(lái)能源領(lǐng)域具有廣闊前景。隨著技術(shù)進(jìn)一步優(yōu)化和成本降低，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池有望成為全球清潔能源轉(zhuǎn)型的重要推動(dòng)力。
