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转换效率达13.2% 中科大新成果激发锡基钙钛矿太阳能电池应用潜能
2024年05月14日 11:45:00
来源：化工仪器网 作者：小王 点击量：6611
随着全球对可再生能源需求的不断增长，太阳能电池作为一种清洁、可再生的能源技术，为推动能源转型做出了重要贡献，成为了可持续发展的一个重要锚点。与此同时，太阳能电池本身在交通、通讯、石油、海洋、气象等领域的广泛应用，也突出了其在不同产业中的重要地位。正因如此，如今该产业受到了高度关注，相关技术不断研究的同时，其应用领域也在不断拓展。
【化工仪器网 行业百态】随着全球对可再生能源需求的不断增长，太阳能电池作为一种清洁、可再生的能源技术，为推动能源转型做出了重要贡献，成为了可持续发展的一个重要锚点。与此同时，太阳能电池本身在交通、通讯、石油、海洋、气象等领域的广泛应用，也突出了其在不同产业中的重要地位。正因如此，如今该产业受到了高度关注，相关技术不断研究的同时，其应用领域也在不断拓展。
这一点，在太阳能电池的材料上体现的尤为突出诸如硅材料、有机材料只要加工得当，都有可能用于太阳能电池的制造。而在其中有一类材料非常特殊——钙钛矿型半导体。
钙钛矿型半导体可用于生产一种新型的钙钛矿太阳能电池。这种电池属于第三代薄膜电池的代表，理论上具备较高的光电转换效率、低成本和环保等优点，因此受到高度关注。但是在生产工艺上，却面临着一个难题——非铅锡基钙钛矿半导体自身存在缺陷。
非铅锡基钙钛矿半导体相较于铅基钙钛矿半导体不存在重金属铅，因此更加环境友好，也更加安全。但与铅基钙钛矿半导体相比，非铅锡基钙钛矿半导体存在结晶速率快、p型自掺杂严重、与传输层能级匹配不佳等问题，这些问题使得用其制造的光伏器件会出现载流子提取困难、非辐射复合严重等情况，无法达到理论光电转化效率(尽管理论效率比铅基钙钛矿半导体生产的光伏器件更高。
而中国科学技术大学微电子学院特任研究员胡芹课题则在这个问题上找到了突破口，通过构建钙钛矿同质结和掺杂设计，促进光生载流子的分离和提取，成功提高了光伏器件的效率和稳定性。
根据中科大新闻网公开的消息，“研究团队利用自主发展的第一性原理计算软件ABACUS(原子算筹)中的高精度杂化密度泛函计算功能，对锡基钙钛矿半导体材料进行掺杂设计，通过将锗离子引入到活性层中，实现了锗离子的梯度掺杂和同质结构筑。钙钛矿半导体吸收层能级的梯度变化增强了内建电场，从而促进了光生载流子的分离和提取。研究通过不同深度的X射线光电子能谱(XPS)表征证实了锡基钙钛矿半导体薄膜中锗离子的梯度掺杂，通过第一性原理计算的缺陷形成能和掺杂类型结果揭示了构建同质结的内在机制。经过进一步器件工艺优化，同质结光伏器件的暗电流降低了两个数量级，缺陷密度降低了一个数量级，功率转换效率从11.2%提升至13.2%，在最大功率点连续运行250分钟后仍然保持初始效率的95%以上，具有良好的稳定性。”
目前相关成果已发表于国际期刊《纳米通讯》，中科大新闻网也在相关报道中提供了论文链接，感兴趣的读者可以去查阅学习。
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