經(jīng)過長期攻關(guān)，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，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。相關(guān)研究成果近日發(fā)表在《自然》雜志上。
據(jù)介紹，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。
論文通訊作者之一、武漢大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授柯維俊表示，在實(shí)際應(yīng)用中，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，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。
為此，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。
此外，如何抑制窄帶隙鈣鈦礦子電池中不穩(wěn)定的二價(jià)錫金屬離子自發(fā)氧化也是行業(yè)痛點(diǎn)之一。此項(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。
電池制備流程示意圖、疊層電池結(jié)構(gòu)和效率圖。（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)供圖）
柯維俊說，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。（侯文坤）
