刷新紀錄！多晶薄膜太陽能電池光電轉化效率首次超過30%

科技日報記者 金鳳

通過串聯寬、窄帶隙鈣鈦礦子電池構築的全鈣鈦礦疊層太陽能電池，兼備高效率和低成本等優點，是下一代光伏技術的重要發展方向。10月28日，記者從南京大學獲悉，該校助理教授林仁興、教授譚海仁團隊設計了一種基於偶極鈍化策略製備的全鈣鈦礦疊層太陽能電池，該電池經國際權威機構日本電氣安全和環境技術實驗室認證後發現，光電轉換效率高達30.1%，這是多晶薄膜太陽能電池光電轉化效率首次超過30%，該結果被收錄到《太陽能電池效率表》。相關成果10月28日發表於國際學術期刊《自然》。

論文的第一作者兼通訊作者、南京大學助理教授林仁興介紹，目前全鈣鈦礦疊層電池的效率主要受限於較小的開路電壓和填充因子，其中鉛—錫混合窄帶隙鈣鈦礦電池在高短路電流密度輸出的條件下，無法同時實現較高的開路電壓和填充因子，這是限制全鈣鈦礦疊層電池效率的主要原因。

為解決上述瓶頸，研究團隊在鈣鈦礦、空穴傳輸層界面處設計了一種正偶極取向的偶極鈍化層。

林仁興解釋，正偶極鈍化層能有效調節鈣鈦礦和空穴傳輸層的能級，能使鈣鈦礦、空穴傳輸層間形成有利的能級排列。這種能級排列可有效驅動電子遠離界面，同時增強界面處的空穴抽取能力，實現了載流子非輻射覆合的減少和載流子輸運的增強。

然而，偶極鈍化層在後續加工中易被破壞，偶極取向難以被精準調控，嚴重影響了偶極鈍化的作用和器件的光伏性能。

論文共同通訊作者、南京大學教授譚海仁介紹，此次研究中，研究團隊探明瞭鈣鈦礦與空穴傳輸層的組成及缺陷類型，針對性開發了基於短鏈剛性芳香苯環的偶極鈍化分子——對氨基苯磺酸。

團隊通過特殊的設計，精確構建出了取向可控的正偶極鈍化層，並實現了偶極層的加工耐受性，實現了偶極取向的可控性。

林仁興表示：“該鈍化策略加速了新型鈣鈦礦光伏技術從實驗室走向產業的進程，對光伏技術構建‘平價電網’具有重要推進作用。”