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上科大陳昊AEM：全鈣鈦礦多結(jié)太陽能電池，超高效光伏領(lǐng)域升起的"新星"發(fā)表時(shí)間：2025-08-08 11:29
主要內(nèi)容 全鈣鈦礦多結(jié)太陽能電池通過集成多個(gè)具備互補(bǔ)帶隙的光吸收層，為突破單結(jié)光伏器件的光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）極限開辟了有效路徑。不過，該技術(shù)尚處于起步階段，面臨諸多關(guān)鍵挑戰(zhàn)，像窄帶隙鈣鈦礦中Sn2?易被氧化、結(jié)晶動(dòng)力學(xué)過程難以精準(zhǔn)把控，以及寬帶隙鈣鈦礦存在顯著開路電壓損耗等問題。 上?？萍即髮W(xué)陳昊教授、趙一新教授以及中國科學(xué)院深圳**技術(shù)研究院王在偉研究員帶領(lǐng)其團(tuán)隊(duì)經(jīng)深入研究揭示，Sn2?的易氧化特性會(huì)破壞鈣鈦礦的晶體結(jié)構(gòu)，增加缺陷態(tài)密度，進(jìn)而引發(fā)嚴(yán)重的非輻射復(fù)合，這是造成性能損失的關(guān)鍵因素之一。結(jié)晶動(dòng)力學(xué)過程難以**控制，結(jié)晶過程中產(chǎn)生的晶界、點(diǎn)缺陷以及表面懸掛鍵等多尺度缺陷，會(huì)形成載流子復(fù)合中心，嚴(yán)重影響大面積薄膜的結(jié)晶質(zhì)量。團(tuán)隊(duì)的研究表明，寬帶隙鈣鈦礦的開路電壓損耗顯著，主要源于鹵素離子遷移引發(fā)的能帶結(jié)構(gòu)畸變，且在光照和電場作用下，鹵素離子遷移加劇，導(dǎo)致器件穩(wěn)定性急劇下降。這些內(nèi)在限制使得全鈣鈦礦多結(jié)太陽能電池實(shí)驗(yàn)測得的光電轉(zhuǎn)換效率遠(yuǎn)低于理論值，凸顯出系統(tǒng)梳理該領(lǐng)域研究進(jìn)展的緊迫性。 本文全面綜述了全鈣鈦礦多結(jié)太陽能電池的研究進(jìn)展，闡明了其性能損失的內(nèi)在機(jī)制。同時(shí)，針對鈣鈦礦吸光層、電荷傳輸材料及互聯(lián)層，系統(tǒng)探討了各類優(yōu)化策略，并對該新興光伏技術(shù)的未來發(fā)展方向提出了展望。 溶液旋涂法具備操作簡便、成膜速度快、工藝可重復(fù)性高等顯著優(yōu)勢，但在大面積制備方面存在固有局限。當(dāng)前，針對可擴(kuò)展模塊生產(chǎn)的研究主要聚焦于刮刀涂布（圖24d）和狹縫涂布（圖24e）等工藝，并結(jié)合其他**沉積技術(shù)，以提升大面積鈣鈦礦薄膜的質(zhì)量。然而，大面積模塊與小面積器件的性能差異依舊十分顯著。 鈣鈦礦多結(jié)光伏技術(shù)向商業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)推進(jìn)，關(guān)鍵在于兩項(xiàng)基礎(chǔ)技術(shù)的突破：一是可擴(kuò)展鈍化策略的創(chuàng)新，二是大面積涂布工藝的優(yōu)化。值得注意的是，在規(guī)?；圃飙h(huán)境中，相較于小面積多結(jié)器件制備，抑制極性溶劑誘導(dǎo)的降解問題更為緊迫。從基礎(chǔ)研究層面看，開發(fā)全鈣鈦礦多結(jié)太陽能電池的干法加工工藝，為解決上述可擴(kuò)展性挑戰(zhàn)提供了**潛力的技術(shù)路徑。
文獻(xiàn)信息 All-Perovskite Multi-Junction Solar Cells: The Rising Star of Ultrahigh-Efficiency Photovoltaics Dongxu Ren, Xinyu Gu, Xiang Zhang, Dan Zhang, Zaiwei Wang, Yixin Zhao, Hao Chen https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202502842
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