中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所葛子義教授和劉暢教授帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)，近期在全鈣鈦礦疊層太陽能電池領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種創(chuàng)新的膠體化學(xué)策略，成功實(shí)現(xiàn)了29.76%的功率轉(zhuǎn)換效率，認(rèn)證效率達(dá)到29.22%。這項(xiàng)研究已發(fā)表在《Joule》期刊上。
疊層太陽能電池通過堆疊兩層子電池，分別吸收不同波長(zhǎng)的陽光，從而比單層電池具有更高效率。全鈣鈦礦疊層太陽能電池作為下一代光伏技術(shù)，理論效率可超過40%，但實(shí)際應(yīng)用中常因?qū)拵杜c窄帶隙子電池間結(jié)晶動(dòng)力學(xué)不匹配，導(dǎo)致相分離和缺陷積累，限制性能提升。
為解決這一難題，研究人員設(shè)計(jì)了一套基于羧酸鹽的統(tǒng)一調(diào)制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用酒石酸鹽和檸檬酸鹽兩種梯度羧酸陰離子，精確調(diào)控兩個(gè)子電池的成核動(dòng)力學(xué)。在寬帶隙子電池中，酒石酸鹽穩(wěn)定鉛離子配位，抑制相分離并促進(jìn)均勻晶體生長(zhǎng)；在窄帶隙膠體中，檸檬酸鹽優(yōu)化錫-碘鍵合，鈍化錫缺陷并增強(qiáng)電荷傳輸。膽堿陽離子與這些調(diào)制劑協(xié)同作用，在晶體-膠體界面鈍化欠配位金屬離子，形成穩(wěn)定的基質(zhì)。
通過這一集成策略，優(yōu)化后的疊層器件展現(xiàn)出優(yōu)異的性能。在最大功率點(diǎn)跟蹤下連續(xù)運(yùn)行700小時(shí)后，器件仍能保持超過90.2%的初始效率，顯示出強(qiáng)大的運(yùn)行穩(wěn)定性。此外，1平方厘米的大面積疊層電池實(shí)現(xiàn)了28.87%的功率轉(zhuǎn)換效率，證明了該膠體化學(xué)策略的良好可擴(kuò)展性。
研究人員表示，這項(xiàng)研究為協(xié)調(diào)多結(jié)結(jié)晶提供了一種通用方法，有望推動(dòng)高效全鈣鈦礦疊層太陽能技術(shù)的商業(yè)化進(jìn)程。全鈣鈦礦疊層太陽能電池的效率突破，為光伏領(lǐng)域的發(fā)展注入了新動(dòng)力。
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