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光电转换效率超27%！科学家研制出钙钛矿太阳能电池
2025年11月10日 10:14:38
来源：化工仪器网 点击量：4738
中国科学院半导体研究所游经碧研究员领导的团队基于所开发的氯元素均匀分布的钙钛矿薄膜，成功研发出光电转换效率为27.2%的钙钛矿太阳能电池原型器件。
近期，中国科学院半导体研究所游经碧研究员领导的团队成功制备出载流子寿命高达20微秒，界面缺陷态密度低至1013每立方厘米的钙钛矿半导体薄膜，基于所开发的氯元素均匀分布的钙钛矿薄膜，团队研制出经多家权威机构认证、光电转换效率为27.2%的钙钛矿太阳能电池原型器件。该研究成果以“Homogenized chlorine distribution for >27% power conversion efficiency in perovskite solar cells”为题，发表于《科学》(Science)期刊。
钙钛矿太阳能电池凭借易于以低成本印刷制备且具备高光电转换效率的优势，成为新一代能源存储的关键部分。而实现高效率钙钛矿太阳能电池的关键要素之一是制备高质量钙钛矿半导体薄膜。甲基氯化铵(MACl)因能同时降低钙钛矿成核势垒并促进晶体高质量生长，被广泛作为钙钛矿薄膜生长的辅助材料。
针对传统生长方法导致钙钛矿中氯元素分布不均的问题，研究团队提出了垂直方向均匀化氯元素分布的策略(HVCD)：通过在钙钛矿薄膜生长中引入碱金属草酸盐，利用解离出的钾离子与氯离子之间的强结合作用，有效束缚氯元素的垂直无序迁移，使其在钙钛矿材料中均匀分布。基于这一方法，研究团队成功制备出载流子寿命高达20微秒，界面缺陷态密度低至1013每立方厘米的钙钛矿半导体薄膜，显著抑制了由卤素Cl元素上表面富集引起的载流子复合，并消除了界面电子势垒。
基于所开发的氯元素均匀分布的钙钛矿薄膜，研究团队成功研发出光电转换效率为27.2%的钙钛矿太阳能电池原型器件。实验证明，该器件在1个标准太阳光和最大功率输出点条件下持续运行1529小时后，可保持初始效率的86.3%。此外，器件在1个标准太阳光与85℃光热耦合加速老化条件下，持续运行1000小时后仍能维持初始效率的82.8%。该研究实现了钙钛矿太阳能电池效率与稳定性方面的协同提升，将为其产业化发展提供重要支撑。
这一突破性成果不仅展示了钙钛矿太阳能电池在光电转换效率上的巨大潜力，更为其未来大规模商业化应用奠定了坚实基础。随着技术的不断进步和成本的进一步降低，钙钛矿太阳能电池有望在未来成为主流能源之一，为全球带来更加清洁、高效的能源利用方式。
素材来源：中国科学院半导体研究所
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