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全鈣鈦礦疊層太陽能電池性能提升新途徑！
2023年11月13日 13:39:02
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：羊舌木 點(diǎn)擊量：6129
研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造性提出天冬氨酸鹽酸鹽一體化摻雜策略，有效提高了窄帶隙鈣鈦礦子電池的效率和穩(wěn)定性，為進(jìn)一步提升電池性能找到新途徑。
【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】隨著新能源產(chǎn)業(yè)的不斷崛起，越來越多的清潔能源技術(shù)開始被關(guān)注，其中頗具代表性的便是太陽能。作為人類現(xiàn)階段變可以有效利用的清潔能源之一，太陽能具有能量大、半永久、清潔、廣泛等優(yōu)點(diǎn)，并且從技術(shù)側(cè)面來說，太陽能的使用門檻相對(duì)較低，具體到產(chǎn)業(yè)上就是相對(duì)規(guī)模下的裝機(jī)成本低、運(yùn)維成本低。
太陽能電池可利用光生伏特效應(yīng)把光能轉(zhuǎn)換成電能，具有可靠性高、壽命長、無污染等優(yōu)點(diǎn)。其中，鈣鈦礦型太陽能電池是利用鈣鈦礦型的有機(jī)金屬鹵化物半導(dǎo)體作為吸光材料的太陽能電池，屬于第三代太陽能電池，也稱作新概念太陽能電池。
鈣鈦礦太陽能電池市場主要應(yīng)用于可穿戴設(shè)備、智能手機(jī)、車載電池等消費(fèi)電子領(lǐng)域。此外，在工業(yè)領(lǐng)域，鈣鈦礦太陽能電池也被廣泛應(yīng)用于光伏發(fā)電等方面。因其轉(zhuǎn)化效率高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，鈣鈦礦太陽能電池在未來還有較大的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用空間。
近年來，伴隨著全球可再生能源產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，鈣鈦礦電池等新型技術(shù)得到了一定程度的推廣，不斷被應(yīng)用于光伏等多個(gè)領(lǐng)域。據(jù)數(shù)據(jù)，全球鈣鈦礦電池總產(chǎn)能從2023年1GW增長至2030年461GW；2023至2030年的年復(fù)增長率達(dá)到140.01%。
新型金屬鹵化物鈣鈦礦具有制備工藝簡單、缺陷容忍度高、吸收系數(shù)高、載流子擴(kuò)散長度長等優(yōu)點(diǎn)，在光電子器件領(lǐng)域備受關(guān)注，被業(yè)內(nèi)認(rèn)為是極具前景的下一代光伏材料之一。全鈣鈦礦疊層太陽能電池由頂部的寬帶隙鈣鈦礦子電池和底部的窄帶隙鈣鈦礦子電池一體化疊加而成，然而其中不夠優(yōu)異的窄帶隙鈣鈦礦子電池是其未來實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用的絆腳石之一。
近日，武漢大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院柯維俊教授、方國家教授團(tuán)隊(duì)在探索全鈣鈦礦疊層太陽能電池性能提升方面有了新進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)將天冬氨酸鹽酸鹽引入到全鈣鈦礦疊層太陽能電池底部的空穴傳輸層、鈣鈦礦體吸光層和上界面層中，開發(fā)了一種采用同一分子處理的一體化摻雜策略，極大地改善了鈣鈦礦薄膜的質(zhì)量。
除了與鈣鈦礦前驅(qū)體配位外，天冬氨酸鹽酸鹽分子還具有很強(qiáng)的分子間氫鍵，富集在鈣鈦礦上、下界面處的天冬氨酸鹽酸鹽因此充當(dāng)了鈣鈦礦層和傳輸層界面之間的分子鎖，進(jìn)一步提升了鈣鈦礦材料的性能和穩(wěn)定性。
該項(xiàng)研究結(jié)果表明天冬氨酸鹽酸鹽可以有效抑制二價(jià)錫金屬離子氧化，減少有害的四價(jià)錫雜質(zhì)。不僅如此，天冬氨酸鹽酸鹽的引入還可以鈍化鈣鈦礦材料的缺陷，調(diào)節(jié)費(fèi)米能級(jí)，抑制有害的離子遷移等，從而加強(qiáng)器件的性能和穩(wěn)定性。
研究顯示，這種簡易的一體化摻雜策略實(shí)現(xiàn)了一舉多能，將窄帶隙鈣鈦礦子電池的穩(wěn)態(tài)效率提升到27.62%，為全鈣鈦礦疊層太陽能電池的性能提升提供了新途徑。研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造性提出天冬氨酸鹽酸鹽一體化摻雜策略，有效提高了窄帶隙鈣鈦礦子電池的效率和穩(wěn)定性，為進(jìn)一步提升電池性能找到新途徑。
(資料來源：新華社)
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