新策略可提升無(wú)鉛鈣鈦礦太陽(yáng)能電池轉換效率

記者13日從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校微電子學(xué)院特任研究員胡芹課題組在無(wú)鉛鈣鈦礦太陽(yáng)能電池研究中取得新進(jìn)展。課題組針對非鉛錫基鈣鈦礦半導體存在的自摻雜嚴重、缺陷密度高、非輻射復合損失大等問(wèn)題，成功構建鈣鈦礦同質(zhì)結，以促進(jìn)光生載流子的分離和提取。這證明了同質(zhì)結構筑策略在錫基鈣鈦礦太陽(yáng)能電池領(lǐng)域的應用潛力，也為其他鈣鈦礦光電器件的結構優(yōu)化提供了新思路。該成果日前發(fā)表于國際知名期刊《納米快報》，并被選為封面論文。

目前，高效率鈣鈦礦光伏器件以鉛基鈣鈦礦半導體為主，但其含有重金屬鉛，對生態(tài)環(huán)境和公共健康具有潛在危害。而非鉛錫基鈣鈦礦半導體具有更高的理論效率和較低的毒性，但器件的光電轉換效率與理論值相差較遠。

為此，研究人員對錫基鈣鈦礦半導體材料進(jìn)行摻雜設計，通過(guò)將鍺離子引入到活性層中，實(shí)現了鍺離子的梯度摻雜和同質(zhì)結構筑，進(jìn)而促進(jìn)了光生載流子的分離和提取。經(jīng)過(guò)進(jìn)一步器件工藝優(yōu)化，同質(zhì)結光伏器件的暗電流降低了兩個(gè)數量級，缺陷密度降低了一個(gè)數量級，功率轉換效率從11.2%提升至13.2%，在最大功率點(diǎn)連續運行250分鐘后仍然保持初始效率的95%以上，具有良好的穩定性。

研究人員表示，這項研究揭示了同質(zhì)結構筑的微觀(guān)機理，也為錫基鈣鈦礦半導體光電器件的結構設計和能級調控提供了一種可靠方案。