在光伏科技的前沿探索中，鈣鈦礦材料正展現(xiàn)出其巨大的潛力。中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所與北京分子科學(xué)國(guó)家研究中心的研究團(tuán)隊(duì)，攜手德國(guó)波茨坦大學(xué)的Felix Lang教授，近期在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池領(lǐng)域取得了突破性進(jìn)展。

他們成功研制出開(kāi)路電壓高達(dá)1.36V、光電轉(zhuǎn)化效率超過(guò)18%的寬帶隙鈣鈦礦太陽(yáng)能電池。這一成果不僅刷新了記錄，更為提升鈣鈦礦及有機(jī)疊層太陽(yáng)能電池的效率開(kāi)辟了新路徑。

▲ 圖 1c 鈣鈦礦-有機(jī)疊層太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)示意圖及掃描電鏡截面圖

通過(guò)將寬帶隙鈣鈦礦太陽(yáng)能電池與有機(jī)太陽(yáng)能電池巧妙結(jié)合，研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了鈣鈦礦-有機(jī)疊層太陽(yáng)能電池，實(shí)現(xiàn)了26.4%的光電轉(zhuǎn)化效率，這一數(shù)據(jù)經(jīng)第三方認(rèn)證達(dá)到了25.7%，成為當(dāng)前此類疊層太陽(yáng)能電池的最高效率。

鈣鈦礦/有機(jī)疊層太陽(yáng)能電池作為新興技術(shù)，其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)在于能夠大幅拓寬可利用的太陽(yáng)光譜范圍，并降低能量損失。寬帶隙鈣鈦礦材料作為頂電池，負(fù)責(zé)吸收短波長(zhǎng)太陽(yáng)光；而窄帶隙有機(jī)活性層則作為底電池，吸收近紅外長(zhǎng)波長(zhǎng)太陽(yáng)光。

鈣鈦礦子電池還能過(guò)濾高能量光子，保護(hù)有機(jī)活性層免受光降解；有機(jī)子電池則作為封裝層，隔絕水氧，提升環(huán)境穩(wěn)定性。疊層太陽(yáng)能電池的中間透明電極層還能緩解鈣鈦礦頂電池負(fù)極處的離子擴(kuò)散問(wèn)題，使得鈣鈦礦-有機(jī)疊層太陽(yáng)能電池的穩(wěn)定性明顯優(yōu)于單結(jié)鈣鈦礦和單結(jié)有機(jī)太陽(yáng)能電池。

▲ 圖 1a 具有順?lè)串悩?gòu)特性的1,4-環(huán)己二胺分子對(duì)寬帶隙鈣鈦礦表面的鈍化機(jī)制示意圖

▲ 圖 1b 不同鈍化分子處理的鈣鈦礦薄膜的光致發(fā)光量子產(chǎn)率及準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)分裂示意圖

在研究過(guò)程中，李永舫/孟磊團(tuán)隊(duì)深入探索了具有順?lè)串悩?gòu)特性的1,4-環(huán)己二胺分子對(duì)寬帶隙鈣鈦礦表面的鈍化機(jī)制。他們系統(tǒng)性地揭示了兩種順?lè)串悩?gòu)的鈍化劑分子所導(dǎo)致的鈣鈦礦表面結(jié)構(gòu)差異，并最終篩選出擁有優(yōu)勢(shì)構(gòu)型的順式鈍化分子（cis-CyDAI2）。這一發(fā)現(xiàn)為寬帶隙鈣鈦礦太陽(yáng)能電池降低電壓損失提供了全新思路。

此次研究成果不僅展示了鈣鈦礦材料在光伏領(lǐng)域的巨大潛力，也為未來(lái)太陽(yáng)能電池技術(shù)的發(fā)展提供了新的方向和動(dòng)力。