南大譚海仁組Nat. Mater.：使全鈣鈦礦疊層太陽能電池效率達(dá)29.1%！通過優(yōu)化寬帶隙鈣鈦礦中的(100)取向?qū)崿F(xiàn)

單片全鈣鈦礦疊層太陽能電池作為一種創(chuàng)新方法，為突破單結(jié)太陽能電池的效率極限帶來了希望。然而，寬帶隙（WBG）鈣鈦礦子電池中的顯著開路電壓損失一直是制約其光電轉(zhuǎn)換效率進(jìn)一步提升的關(guān)鍵因素。針對這一挑戰(zhàn)，南京大學(xué)工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院 譚海仁教授帶領(lǐng)其團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了深入研究。他們成功開發(fā)了具有優(yōu)化(100)晶體取向的寬帶隙鈣鈦礦薄膜，旨在有效抑制非輻射復(fù)合現(xiàn)象。這一策略的核心在于，利用二維鈣鈦礦作為中間相，在薄膜表面促進(jìn)沿(100)三維鈣鈦礦晶面的異質(zhì)成核。通過精細(xì)的表面組成工程，團(tuán)隊(duì)增加了二維相的數(shù)量，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)選的(100)取向，同時(shí)避免了使用過多可能阻礙載流子傳輸?shù)亩S配體。

為了簡化制備過程并進(jìn)一步提升性能，團(tuán)隊(duì)還報(bào)道了一種簡便方法：在反溶劑中混合MAI（甲胺碘）和PEAI（苯乙胺碘），以制備具有優(yōu)化(100)取向的寬帶隙鈣鈦礦。這種方法促進(jìn)了n=1層狀鈣鈦礦在薄膜表面的形成，誘導(dǎo)了定向成核和向下晶體生長，從而降低了非輻射復(fù)合率，提高了載流子遷移率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，采用這種方法的1.78電子伏特寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池，其開路電壓高達(dá)1.373伏，填充因子也達(dá)到了84.7%的高水平。在**功率點(diǎn)條件下測量，全鈣鈦礦疊層太陽能電池的開路電壓更是達(dá)到了2.21伏，且經(jīng)認(rèn)證的光電轉(zhuǎn)換效率為29.1%。

綜上所述，這項(xiàng)研究不僅提供了一種有效控制寬帶隙鈣鈦礦晶體取向的技術(shù)，而且在不犧牲電荷傳輸性能的前提下，成功克服了由于光電壓損失導(dǎo)致的全鈣鈦礦疊層電池效率提升的障礙。這一成果為全鈣鈦礦疊層太陽能電池的發(fā)展開辟了新的道路，有望推動(dòng)太陽能電池技術(shù)的進(jìn)一步革新。

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