在保證轉換效率的基礎上極大地提高電池壽命，是鈣鈦礦太陽能電池研究者的目標。日前，北京大學工學院材料科學與工程系周歡萍課題組和化學與分子工程學院嚴純?nèi)A院士課題組的合作成果“利用Eu3+/Eu2+氧化還原離子對提高鉛碘鈣鈦礦太陽能電池工作壽命”，在線發(fā)表于國際期刊《科學》主刊。
器件壽命（即穩(wěn)定性）和光電轉換效率是決定太陽能電池最終發(fā)電成本的兩個關鍵因素。全球普遍使用的晶體硅太陽能電池，效率已接近理論上限，成本難再下降。因此，兼顧成本和效率優(yōu)勢的鈣鈦礦太陽能電池成為該領域最大研究熱門。
鈣鈦礦太陽能電池，采用具有鈣鈦礦晶體結構的有機無機雜化的金屬鹵化物作為吸光層，自2009年以來，因制備方式簡單、生產(chǎn)成本低廉和光電性能優(yōu)異而備受關注，光電轉換效率由3.8%迅速升至23.7%，成為當前發(fā)展最快的光伏技術。然而，對于鈣鈦礦電池而言，其穩(wěn)定性是最難解決的問題，且目前我國對鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)化急需解決的成本、工藝、壽命等方面關注較少。
該研究針對鈣鈦礦材料在光照及熱輻射作用下的不穩(wěn)定性問題，提出了一種全新的機制，即在鈣鈦礦活性層中引入Eu3+/Eu2+的氧化還原離子對。該離子對可同時消除Pb0和I0缺陷，并在器件使用壽命期內(nèi)循環(huán)發(fā)揮作用。基于此，電池初始效率得到提升，特別是其長期穩(wěn)定性顯著提升，解決了鉛鹵鈣鈦礦電池中限制其穩(wěn)定性的一個重要本質(zhì)性問題，將有力推進實現(xiàn)鈣鈦礦太陽能電池的工業(yè)化生產(chǎn)。
據(jù)介紹，該突破還可推廣至其他鈣鈦礦光電器件，對其他面臨類似問題的無機半導體器件，也具有重要參考意義。
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