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太阳能发电突破 浙大成果登上《自然》 比硅高出整整一个数量级 当前通讯
2023-07-05
【资料图】
近日，浙江大学硅及先进半导体实验室、材料科学与工程学院杨德仁院士团队的薛晶晶研究员联合西湖大学、加州大学洛杉矶分校、洛桑联邦理工学院等，发现甲脒铅碘基钙钛矿形成过程中的一种普遍性的取向成核机制。
该种机制抑制了非光学活性的晶相形成，使得在室温下就能形成纯净的黑相甲脒铅碘基钙钛矿，这为未来不断提高钙钛矿光电转化效率打开了一扇新大门。这项成果刊登在国际顶级期刊《自然》。
有数据统计，国内市场单晶硅电池占有率超过了90%。而相比单晶硅电池，钙钛矿太阳能电池是极具发展潜力的新一代半导体光伏技术，钙钛矿光吸收率比硅高出整整一个数量级。
此外，钙钛矿是属于薄膜型的材料，便于轻量化应用，而且在室温下稍稍加热，便可在十几秒甚至几秒内生产出这种材料。
但是，钙钛矿有一个一直悬而未决的问题，那就是它结晶的过程实在太快了，快到科学家都没明白短短几秒时间里，到底发生了什么。
钙钛矿薄膜成核及生长的全过程原位监测
为此，薛晶晶团队就把研究方向聚焦到这个“反应盲盒”里，研究晶体结构的生成奥秘。通过秒的速度“拍照”，发现在钙钛矿形成过程的最开始几秒，初始的晶核就具有（100）晶面的取向性，这个取向决定了后面晶体继续生长的方向和最终生成的物相，也决定了钙钛矿的光电转化效率。
而只需将晶相的（100）面的能量控制到最低，就会使得反应都沿着能量最低的方向进行。该取向成核机制为开发针对性的钙钛矿薄膜质量提升策略及其规模化沉积方案提供了一定的理论依据和技术探索。
研究团队基于此优化了钙钛矿薄膜沉积策略，在两步法和一步法沉积工艺中分别实现了超过24%和25%的光电转换效率。
制备出的太阳能电池器件还表现出明显改善的工作稳定性。在30±3 ℃的恒定照明下以最大功率点进行跟踪时，器件在1000多小时后仍保持了初始效率的95%，而在相同条件下对照组器件的光电转换效率下降了30%。