三結鈣鈦礦光伏電池效率創新高 硅基太陽能電池廉價替代品開發獲新進展

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加拿大科學家領導的一個國際科研團隊研制出一種光電轉化效率創紀錄(約為24%左右)的三結鈣鈦礦太陽能電池，朝著開發出硅基太陽能電池廉價替代品的目標邁進了一大步。相關研究刊發于《自然》雜志。

太陽能電池大部分由超純硅單晶片制成，生產超純硅需要耗費大量能源，而鈣鈦礦太陽能電池由鈣鈦礦多晶薄膜制成，這些薄膜通過類似于印刷業使用的低成本溶液處理技術涂覆于材料表面。通過改變這些薄膜中鈣鈦礦晶體的組成，每一層能吸收不同波長的光，從而有效利用整個太陽光譜，而硅總是吸收相同波長的光。一般而言，鈣鈦礦頂層吸收波長較短的光，中間層吸收中等波長的光，底層吸收更長波長的光。

研究團隊首先使用了名為ABX3的鈣鈦礦材料，其由銫、鉛、錫、碘、溴等混合制成，頂層由混合鹵化物鈣鈦礦組成，具有高比例的溴和碘。研究人員表示，高頻光子的轟擊會導致頂層富含溴的相與富含碘的相分離，從而使缺陷變多并導致整體性能下降。

鑒于此，研究團隊進行了兩方面的改進：去除有機分子形成全無機鈣鈦礦結構，引入銣元素。他們表示，銣的引入抑制了光誘導的相分離問題，得到的銣/銫混合無機鈣鈦礦擁有更好的光穩定性。在此基礎上，他們設計并建造了一個三結鈣鈦礦電池，在3.21伏的開路電壓下測得其效率為24.3%，而國家可再生能源實驗室測得23.3%的準穩態效率。

研究負責人泰德·薩金特教授指出，此前三結鈣鈦礦太陽能電池的最高效率約為20%。而且，此前的同類電池往往工作幾小時就會失去很多性能，而新電池即使運行420小時后仍保持80%的初始效率，在耐用性方面也是一大進步。