【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】盡管目前鈣鈦礦/硅疊層太陽電池效率可達到33.2%，但鈣鈦礦活性層的長期穩(wěn)定性是阻礙鈣鈦礦/硅疊層太陽電池商業(yè)化的最緊迫問題之一。目前提高鈣鈦礦器件穩(wěn)定性通?；诜庋b工藝、晶體調(diào)控工程、缺陷鈍化方法和能帶調(diào)節(jié)方式。
 

　　然而，類似于許多金屬、玻璃和聚合物材料中的“應(yīng)力腐蝕”，由器件制造和運行中不可避免的拉伸應(yīng)力引起的時間依賴的亞臨界鈣鈦礦降解仍然會發(fā)生。微觀層面，該應(yīng)力可以削弱鉛鹵化物軌道耦合，從而改變與結(jié)構(gòu)相關(guān)的材料特性(如帶隙和載流子動力學(xué))，降低相變、缺陷形成和離子遷移的勢壘；宏觀層面，該應(yīng)力會促使裂紋和分層情況的產(chǎn)生，從而加速鈣鈦礦的降解，導(dǎo)致器件的效率降低甚至失效。
 

　　近期，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所所屬新能源所硅基太陽能及寬禁帶半導(dǎo)體團隊在葉繼春研究員的帶領(lǐng)下在前期晶體硅和鈣鈦礦太陽電池研究的基礎(chǔ)上，在高效穩(wěn)定鈣鈦礦/硅疊層電池領(lǐng)域又取得了新的進展。該團隊采用一種長碳鏈陰離子表面活性劑添加劑，研究發(fā)現(xiàn)該添加劑能通過表面自分離和膠束化以改善鈣鈦礦晶體生長動力學(xué)，并在鈣鈦礦晶界構(gòu)建類膠狀的支架以消除殘余應(yīng)力；因此，鈣鈦礦活性層中缺陷減少、離子遷移受抑制以及能級結(jié)構(gòu)改善。最終實現(xiàn)了未封裝的鈣鈦礦單結(jié)和鈣鈦礦/硅疊層太陽電池在最大功率點跟蹤下連續(xù)光照下3000小時和450小時的運行穩(wěn)定性測試中，分別保持了85.7%和93.6%的初始性能，代表了迄今為止在類似條件下報道的穩(wěn)定性最佳的器件之一。
 

　　相關(guān)成果以“Long-chain anionic surfactants enabling stable perovskite/silicon tandems with greatly suppressed stress corrosion”為題發(fā)表于Nature Communications(https://doi.org/10.1038/s41467-023-37877-z)，博士生汪新龍為第一作者，應(yīng)智琴博士后、楊熹副研究員和葉繼春研究員為共同通訊作者。該研究得到了國家重點研發(fā)計劃(2018YFB1500103)、澳門特別行政區(qū)科學(xué)技術(shù)發(fā)展基金(FDCT-0044/2020/A1、0082/2021/A2)和澳門大學(xué)研究基金(MYRG2020-00151-IAPME)等項目的支持。
 

　　長鏈陰離子表面活性劑抑制應(yīng)力腐蝕作用機理(上)；鈣鈦礦單結(jié)(中)以及鈣鈦礦/硅疊層(下)太陽電池最大功率點工作穩(wěn)定性測試