鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（PSCs）被認(rèn)為是下一代光伏技術(shù)極具前途的候選產(chǎn)品，具有高效率和低生產(chǎn)成本等優(yōu)勢(shì)，有可能徹底改變可再生能源產(chǎn)業(yè)。然而，其穩(wěn)定性的不足一直阻礙著進(jìn)一步的發(fā)展。

最近，香港城市大學(xué)（CityU）的科學(xué)家們開發(fā)出了一種創(chuàng)新的多功能和非揮發(fā)性添加劑，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)突破。這種添加劑可以通過調(diào)節(jié)鈣鈦礦薄膜的生長(zhǎng)來提高鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的效率和穩(wěn)定性。這種簡(jiǎn)單有效的策略對(duì)于推進(jìn)PSC的商業(yè)化有著巨大的潛力。

具體而言，他們發(fā)現(xiàn)，通過在鈣鈦礦前體中加入一種多功能分子（4-胍基苯甲酸鹽酸鹽，GBAC），形成氫鍵橋接的中間相并對(duì)結(jié)晶進(jìn)行調(diào)控，可以獲得高質(zhì)量的鈣鈦礦薄膜，其鈣鈦礦晶體晶粒大，晶粒從薄膜底部向表面連貫生長(zhǎng)。

GBAC是一種原料和中間體，通常用于有機(jī)合成、制藥、農(nóng)用化學(xué)品和染料領(lǐng)域。研究人員解釋說，由于這種分子的非揮發(fā)性，它也可以作為退火鈣鈦礦薄膜中有效的缺陷鈍化連接劑，從而大大減少了非輻射復(fù)合損失，提高了薄膜質(zhì)量。

“這種類型的多功能添加劑一般可用于制備不同的鈣鈦礦組合物，用于制造高效穩(wěn)定的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池。”領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的城大材料科學(xué)講座教授兼香港清潔能源研究所所長(zhǎng)Alex Jen Kwan-yue教授說，“高質(zhì)量的鈣鈦礦薄膜可以實(shí)現(xiàn)大面積太陽(yáng)能組件的升級(jí)?！?

實(shí)驗(yàn)表明，引入GBAC后，鈣鈦礦薄膜的缺陷密度顯著降低?；诟男遭}鈦礦的倒置（p-i-n），鈣鈦礦太陽(yáng)電池組件的功率轉(zhuǎn)換效率提升至24.8%，日本電氣安全與環(huán)境技術(shù)實(shí)驗(yàn)室已證實(shí)了這一結(jié)果。

“該設(shè)備的總能量損失降至0.36 eV，是具有高功率轉(zhuǎn)換效率的鈣鈦礦光伏設(shè)備中能量損失最低的設(shè)備之一?！毖芯咳藛T補(bǔ)充說。最新研究成果已于近期發(fā)表在了《自然光子學(xué)》雜志上。

此外，在充滿氮?dú)獾氖痔紫渲校?5±5下連續(xù)加熱時(shí)，未封裝的器件表現(xiàn)出了超過1000小時(shí)的超好熱穩(wěn)定性，同時(shí)保持了98%的原始效率。

最后，科學(xué)家們還用這種電池技術(shù)制造了一個(gè)面積為1平方厘米的設(shè)備，新電池的效率達(dá)到了22.7%，他們說這表明該技術(shù)是完全可擴(kuò)展的。

“這種有效的方法也可以應(yīng)用于寬帶隙鈣鈦礦和大面積器件，以降低電壓損失并提高效率”。他們補(bǔ)充道。