研究揭示鈣鈦礦太陽(yáng)能電池退化關(guān)鍵機制

近日，香港中文大學(xué)電子工程學(xué)系校長(cháng)特聘副教授Martin Stolterfoht領(lǐng)導的一項合作研究，揭示了影響鈣鈦礦太陽(yáng)能電池使用壽命的關(guān)鍵機制。這項工作為改善下一代太陽(yáng)能電池壽命的新策略奠定了基礎。相關(guān)論文發(fā)表于《自然-能源》。

目前，太陽(yáng)能電池市場(chǎng)以傳統硅基電池為主，占市場(chǎng)份額逾95%。相比硅基電池，基于鈣鈦礦的太陽(yáng)能電池性能更佳，制造成本和碳足跡也更低，然而壽命卻只有短短幾年。這是實(shí)現鈣鈦礦太陽(yáng)能電池大規模商業(yè)化一個(gè)最重要的技術(shù)障礙。

過(guò)去10年，科學(xué)家對鈣鈦礦太陽(yáng)能電池退化機制進(jìn)行了大量研究，希望有針對性地改善電池使用壽命。以往研究普遍認為，導致鈣鈦礦穩定性欠佳的主要原因包括電子缺陷、電極氧化、鈣鈦礦混合電子/離子半導體的性質(zhì)，或在濕氣和氧氣下容易發(fā)生化學(xué)分解。

這項研究發(fā)現，設備長(cháng)時(shí)間運行造成的損耗并不是鈣鈦礦太陽(yáng)能電池退化的決定性因素。鈣鈦礦半導體受到外來(lái)刺激時(shí)，如暴露在光照下，會(huì )產(chǎn)生越來(lái)越多的移動(dòng)離子。這些離子會(huì )屏蔽鈣鈦礦中的內置電場(chǎng)，反過(guò)來(lái)降低了光生電荷的提取效率，從而減少太陽(yáng)能電池產(chǎn)生的電流。研究結果顯示，離子場(chǎng)屏蔽是鈣鈦礦太陽(yáng)能電池退化的幕后黑手。

研究團隊表示，相關(guān)工作有望提高鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的穩定性，使其使用壽命接近25年的工業(yè)標準。

Stolterfoht說(shuō)：“了解導致退化的因素將使我們能夠制定延長(cháng)電池壽命的新策略，并加快開(kāi)發(fā)穩定性更佳的鈣鈦礦串聯(lián)電池。例如，我們可以通過(guò)檢測到的離子特性準確預測電池使用壽命，省去耗時(shí)數周至數月的穩定性測試步驟，從而加快研發(fā)速度。”

相關(guān)論文信息：

https://doi.org/10.1038/s41560-024-01487-w