重大突破：真空沉積鈣鈦礦電池工作1080小時(shí)后仍保持80%性能

在實(shí)驗(yàn)室中，這些電池實(shí)現(xiàn)了19.3%的轉(zhuǎn)換效率。

研究人員在制造鈣鈦礦太陽能電池方面取得了一項(xiàng)重大突破，他們開發(fā)出一種多源共蒸發(fā)的配方，顯著提高了真空沉積鈣鈦礦薄膜的晶體質(zhì)量。

據(jù)香港科技大學(xué)（HKUST）的研究人員稱，這一進(jìn)展使全真空沉積單結(jié)鈣鈦礦電池以及鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池更接近于可規(guī)模化生產(chǎn)。

新方法產(chǎn)生高度有序的寬禁帶鈣鈦礦

研究團(tuán)隊(duì)揭示，在熱共蒸發(fā)過程中引入氯化鉛（PbCl2）"共源"，可以有效引導(dǎo)鈣鈦礦晶體的生長方式。這種方法產(chǎn)生了一種高度有序的寬禁帶鈣礦（1.67 eV），其眾多晶粒呈（100）"面向上"取向，這是薄膜更具結(jié)晶性的標(biāo)志，能更好地抵抗光和熱引發(fā)的降解，從而改善了光電性能，并增強(qiáng)了在光和熱應(yīng)力下的穩(wěn)定性。

利用這種新開發(fā)的沉積配方，該團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了首個(gè)經(jīng)過認(rèn)證的全真空沉積寬禁帶鈣鈦礦太陽能電池性能，在0.25 cm2的器件上，最大功率點(diǎn)跟蹤的功率轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了18.35%。根據(jù)一份新聞稿，在實(shí)驗(yàn)室中，這些電池實(shí)現(xiàn)了19.3%的效率，并且在更具挑戰(zhàn)性的1 cm2電池尺寸上實(shí)現(xiàn)了18.5%的效率。

"我們的工作解決了阻礙真空沉積鈣鈦礦發(fā)展的核心材料科學(xué)問題，"該論文的第一作者、香港科技大學(xué)電子及計(jì)算機(jī)工程學(xué)系博士后研究員申馨怡博士說。"通過設(shè)計(jì)蒸發(fā)過程來控制晶體取向，我們實(shí)現(xiàn)了與最先進(jìn)的溶液法制備器件相當(dāng)?shù)臒岱€(wěn)定性和光穩(wěn)定性，同時(shí)還具備干燥、與工業(yè)兼容的真空技術(shù)的所有固有優(yōu)勢(shì)。"

耐久性測(cè)試

為測(cè)試耐久性，該團(tuán)隊(duì)遵循了國際有機(jī)光伏穩(wěn)定性峰會(huì)（ISOS）的協(xié)議。根據(jù)一份新聞稿，在嚴(yán)格的ISOS-L-2加速老化測(cè)試條件下：在空氣中、75 ± 5 °C的溫度下、開路狀態(tài)下運(yùn)行，使用全光譜、無紫外濾光片的1倍太陽等效光照，封裝后的電池在1080小時(shí)后仍保持其峰值性能的80%。

研究人員使用了操作條件下的高光譜成像技術(shù)來觀察器件在運(yùn)行過程中的內(nèi)部情況。操作條件下的高光譜成像是一種先進(jìn)的"光譜相機(jī)"，可以逐個(gè)像素地繪制出工作太陽能電池上的光學(xué)信號(hào)。

"利用操作條件下的高光譜成像，我們獲得了對(duì)器件物理學(xué)前所未有的時(shí)空認(rèn)識(shí)，并揭示了決定器件壽命延長的主要因素，"香港科技大學(xué)電子及計(jì)算機(jī)工程學(xué)系助理教授林彥宏教授說。"我們?cè)谖⒂^尺度上可視化并區(qū)分了鹵化物偏析和陷阱介導(dǎo)的復(fù)含過程，直接將這些特征與宏觀器件性能聯(lián)系起來。"

研究團(tuán)隊(duì)揭示，高質(zhì)量的真空沉積鈣鈦礦層對(duì)于疊層太陽能電池尤其有價(jià)值。在疊層電池中，鈣鈦礦頂電池堆疊在硅底電池上，以捕獲更多太陽光譜。

利用他們改進(jìn)的薄膜，該團(tuán)隊(duì)在具有微米級(jí)紋理的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)硅異質(zhì)結(jié)電池上實(shí)現(xiàn)了共形覆蓋，制造出了效率達(dá)27.2%的1 cm2鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池。據(jù)新聞稿稱，在意大利進(jìn)行的一項(xiàng)戶外試驗(yàn)中，他們的全真空沉積疊層電池在實(shí)際運(yùn)行8個(gè)月后，仍保持了其初始性能的大約80%，這凸顯了在邁向穩(wěn)定鈣鈦礦/硅疊層電池方面取得的進(jìn)展。

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