【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，《自然·光子學(xué)》(Nature Photonics)在線(xiàn)發(fā)表了物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院方國(guó)家教授團(tuán)隊(duì)關(guān)于鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的最新研究成果。論文題目為“Suppressing wide-angle light loss and non-radiative recombination for efficient perovskite solar cells”(《抑制廣角光損失和非輻射復(fù)合實(shí)現(xiàn)高效鈣鈦礦太陽(yáng)能電池》)。武漢大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院博士生葛艷松、瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院Likai Zheng博士、Jing Gao博士和武漢紡織大學(xué)電子電氣工程學(xué)院王海兵博士為論文共同第一作者，武漢大學(xué)方國(guó)家教授、柯維俊教授、瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院MichaelGrätzel教授為論文的通訊作者，武漢大學(xué)王建波教授、林乾乾教授、楊奕教授、管志強(qiáng)教授、李仲陽(yáng)教授、劉雍高級(jí)工程師等人為論文的共同作者，武漢大學(xué)為第一署名單位。
金屬鹵化物鈣鈦礦太陽(yáng)能電池得益于近年來(lái)器件結(jié)構(gòu)和材料方面的開(kāi)發(fā)，已快速發(fā)展成為光伏技術(shù)中的有力競(jìng)爭(zhēng)者，其光電轉(zhuǎn)換效率已突破26%大關(guān)。然而，值得注意的是，多數(shù)報(bào)道中的效率數(shù)據(jù)均是在垂直模擬太陽(yáng)光的條件下測(cè)得，未能考慮不同入射角度下可能產(chǎn)生的能量損耗問(wèn)題。實(shí)際上，隨著日間陽(yáng)光入射角度的不斷變化，尤其是當(dāng)入射光線(xiàn)傾斜角度超過(guò)40°時(shí)，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池會(huì)出現(xiàn)短路電流密度及效率的顯著損失的問(wèn)題，這無(wú)疑為鈣鈦礦電池在大規(guī)模實(shí)際應(yīng)用中設(shè)置了障礙。因此，如何有效減少鈣鈦礦電池中的廣角光能量損失以及非輻射復(fù)合，成為了提升鈣鈦礦電池全日候光電轉(zhuǎn)換性能的關(guān)鍵所在。
在這項(xiàng)研究中，研究者們發(fā)現(xiàn)基于高粗糙度(有霧度)的微納米結(jié)構(gòu)摻雜氟的二氧化錫導(dǎo)電薄膜襯底(NP-FTO)制成的器件相對(duì)常用的比較平整的襯底不僅有更低的廣角光反射損失，具有全天候抗光反射的特性；而且基于該襯底生長(zhǎng)的鈣鈦礦薄膜擁有更優(yōu)的晶體質(zhì)量和更高的載流子遷移率；結(jié)合先進(jìn)的同質(zhì)結(jié)界面調(diào)控技術(shù)，極大地抑制了鈣鈦礦電池器件中的光損失和非輻射復(fù)合，實(shí)現(xiàn)了光伏性能包括開(kāi)路電壓、填充因子、短路電流的全面提升，最終實(shí)現(xiàn)了26.4%光電轉(zhuǎn)換效率的正置單節(jié)鈣鈦礦電池。同時(shí)該襯底技術(shù)具有普適性，基于該襯底制成的全鈣鈦礦疊層電池實(shí)現(xiàn)了超過(guò)28%的光電轉(zhuǎn)換效率。該普適的技術(shù)也有利于推動(dòng)其他薄膜光伏電池的發(fā)展。
該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目和湖北省自然科學(xué)基金和重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目及武漢大學(xué)科研公共服務(wù)條件平臺(tái)的支持。
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