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蘇大李亮Sci. Bull：揭秘！高濃度前驅(qū)體結(jié)晶控制背后的奧秘，助力雙面鈣鈦礦太陽(yáng)能電池光子損失小化

發(fā)表時(shí)間：2025-05-28 14:06

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主要內(nèi)容

鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（PSCs）憑借其**的光電轉(zhuǎn)換效率與低成本制備工藝，在光伏領(lǐng)域迅速崛起，成為推動(dòng)可再生能源技術(shù)革新的關(guān)鍵力量。鈣鈦礦材料獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)賦予其優(yōu)異的光吸收能力及高效的電荷傳輸特性，目前其認(rèn)證的光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）已突破26%，展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。然而，隨著市場(chǎng)對(duì)高效、穩(wěn)定太陽(yáng)能電池需求的不斷攀升，傳統(tǒng)單面鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（monofacial PSCs）在光吸收與利用效率方面的局限性逐漸凸顯，制約了其進(jìn)一步發(fā)展。

為突破這一技術(shù)瓶頸，蘇州大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院的李亮教授與孫浩軒教授率領(lǐng)其科研團(tuán)隊(duì)，將研究重心轉(zhuǎn)向雙面鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（Bi-PSCs）的創(chuàng)新研發(fā)。雙面鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的設(shè)計(jì)靈感源自雙面硅基光伏組件的成功經(jīng)驗(yàn)，預(yù)計(jì)到2030年，雙面硅基光伏組件的市場(chǎng)份額將超過(guò)70%，展現(xiàn)出廣闊的市場(chǎng)前景。這種新型電池結(jié)構(gòu)能夠高效捕捉來(lái)自正面和背面的光線(xiàn)，顯著提升光子收集效率，并具備與疊層太陽(yáng)能電池及光子工程模塊靈活集成的優(yōu)勢(shì)。

盡管雙面鈣鈦礦太陽(yáng)能電池潛力無(wú)限，但其性能目前尚未達(dá)到單面鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的水平，特別是在短路電流密度（Jsc）方面存在顯著差距。目前，雙面鈣鈦礦太陽(yáng)能電池正面光電轉(zhuǎn)換效率的*高紀(jì)錄為23.3%，盡管其開(kāi)路電壓（Voc）和填充因子（FF）已分別達(dá)到單面鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的96.3%和97.0%，但短路電流密度仍?xún)H為單面電池的93.0%（數(shù)據(jù)來(lái)源：Best Research-Cell Efficiencies，https://www.nrel.gov/pv/cell-efficiency.html 2025年）。因此，提升短路電流密度成為推動(dòng)雙面鈣鈦礦太陽(yáng)能電池技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。

針對(duì)這一挑戰(zhàn)，李亮教授與孫浩軒教授團(tuán)隊(duì)提出了一種創(chuàng)新策略，通過(guò)優(yōu)化厚膜質(zhì)量并減少光子損失，來(lái)提升雙面鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的性能。團(tuán)隊(duì)選用乙基三氫氯化胍（EGTHCl）作為生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑，利用其極性鍵與鈣鈦礦形成氫鍵，從而**調(diào)控鈣鈦礦的成核密度與位置，有效減輕厚膜沉積過(guò)程中高濃度前驅(qū)體帶來(lái)的不利影響。此外，薄膜中殘留的EGTHCl分子還能鈍化鈣鈦礦中未配位的Pb2?和甲脒（FA）空位，顯著提升電池的光電轉(zhuǎn)換性能。

經(jīng)過(guò)優(yōu)化，雙面鈣鈦礦太陽(yáng)能電池實(shí)現(xiàn)了23.4%的光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）和創(chuàng)紀(jì)錄的正面短路電流密度（Jsc）25.01 mA cm?2，展現(xiàn)了其**的性能提升。同時(shí)，未封裝的器件在**功率點(diǎn)（MPP）跟蹤測(cè)試中，經(jīng)過(guò)2000小時(shí)的持續(xù)運(yùn)行，仍能保持其初始光電轉(zhuǎn)換效率的80%以上，顯示出出色的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。在反射率為0.2的條件下，該器件的輸出功率密度更是超過(guò)了26 mW cm?2，為雙面鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的商業(yè)化應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。