制約鈣鈦礦太陽能電池效率的關(guān)鍵物理“黑箱”揭開
時(shí)間：2026-05-01 08:59
來源：新華社
我國(guó)科研團(tuán)隊(duì)首次揭開了制約正式結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽能電池效率的關(guān)鍵物理“黑箱”，創(chuàng)新性地提出連續(xù)梯度摻雜電子傳輸層設(shè)計(jì)?；谶@一策略，太陽能電池器件經(jīng)國(guó)際權(quán)威機(jī)構(gòu)認(rèn)證，獲得了27.17%的穩(wěn)態(tài)光電轉(zhuǎn)換效率及27.50%的反向掃描效率，創(chuàng)造了正式結(jié)構(gòu)鈣鈦礦光伏器件的最高光電轉(zhuǎn)換效率紀(jì)錄。
該研究成果由南開大學(xué)化學(xué)學(xué)院袁明鑒教授、姜源植特聘研究員團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合北京理工大學(xué)徐健研究員團(tuán)隊(duì)取得，相關(guān)研究成果于北京時(shí)間4月30日在線發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》上。
連續(xù)梯度摻雜氧化錫電子傳輸層實(shí)現(xiàn)高效率鈣鈦礦太陽能電池。（受訪者供圖）
兼具高效率與可規(guī)?；苽錆摿Φ拟}鈦礦太陽能電池，已成為頗具潛力的下一代光伏技術(shù)。當(dāng)前，高效率器件普遍依賴具有微納紋理的基底來增強(qiáng)光捕獲能力，但復(fù)雜界面同時(shí)引入顯著的非輻射復(fù)合損失，成為制約正式結(jié)構(gòu)器件性能提升的關(guān)鍵瓶頸。正式結(jié)構(gòu)器件的光電轉(zhuǎn)換效率仍長(zhǎng)期停滯在約26%，其深層物理機(jī)制也尚不清晰。
面對(duì)上述難題，研究團(tuán)隊(duì)首次揭示了在紋理基底上，氧化錫電子傳輸層與鈣鈦礦埋底界面處，存在能帶失配與電子累積的協(xié)同作用，這正是非輻射復(fù)合損失加劇、器件性能長(zhǎng)期受困的核心物理根源。
要破解這一困局，就必須從源頭上對(duì)氧化錫電子傳輸層的電學(xué)性質(zhì)進(jìn)行精細(xì)調(diào)控。研究團(tuán)隊(duì)發(fā)展出一種具有梯度能級(jí)結(jié)構(gòu)的氧化錫電子傳輸層，解決了能帶失配，并助力了電子提取，有效抑制了非輻射復(fù)合損失。
袁明鑒表示，搭載這一全新電子傳輸層的鈣鈦礦太陽能電池，不僅刷新了效率紀(jì)錄，其開路電壓損失更是低至295毫伏，充分證明非輻射復(fù)合得到了根本性抑制。該研究從機(jī)理層面系統(tǒng)掃清了長(zhǎng)期籠罩正式結(jié)構(gòu)器件的性能迷霧，也為金屬氧化物電子傳輸層的理性設(shè)計(jì)開辟了一條普適而有效的新路徑，有望為高穩(wěn)定性、可規(guī)?；a(chǎn)的鈣鈦礦光伏組件提供技術(shù)支撐。（記者張建新、栗雅婷）
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