上海交大&華理Small Methods：Voc達3.23V！氣體淬火輔助寬禁帶鈣鈦礦結(jié)晶制備高效三結(jié)鈣鈦礦太陽能電池

主要內(nèi)容

上海交通大學(xué) 仰志斌教授與華東理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 楊雙教授聯(lián)合帶領(lǐng)其團隊開展研究，發(fā)現(xiàn)多結(jié)太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率極限會隨著結(jié)數(shù)的增加而逐步提升。然而，當(dāng)前全鈣鈦礦三結(jié)太陽能電池的性能受到約2電子伏特（eV）寬禁帶鈣鈦礦層質(zhì)量的顯著制約，這主要源于該層材料快速且不受控的結(jié)晶過程。

針對這一挑戰(zhàn)，研究團隊創(chuàng)新性地引入了氣體淬火法應(yīng)用于寬禁帶鈣鈦礦薄膜的制備。通過提高成核能壘，該技術(shù)有效調(diào)控了結(jié)晶動力學(xué)，從而制備出表面平滑且垂直方向鹵素分布均勻的高質(zhì)量寬禁帶鈣鈦礦薄膜。基于這種薄膜制備的寬禁帶鈣鈦礦太陽能電池展現(xiàn)出了1.42伏特（V）的高開路電壓，并具有良好的重復(fù)性。

基于優(yōu)化后的寬禁帶（WBG）鈣鈦礦材料，研究團隊成功制備出了在AM 1.5G光照條件下效率高達25.3%、開路電壓為3.23伏特的全鈣鈦礦三結(jié)太陽能電池。此外，團隊還深入驗證了氣體淬火工藝在調(diào)控高溴（Br）比例鈣鈦礦薄膜（禁帶寬度：1.97電子伏特）結(jié)晶動力學(xué)過程中的有效性，進一步證明了該技術(shù)的普適性。優(yōu)化后的寬禁帶鈣鈦礦太陽能電池（WBG PSCs）實現(xiàn)了1.42伏特（V）的顯著開路電壓（Voc）和14.3%的光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）。

尤為值得一提的是，基于經(jīng)過氣體淬火處理的寬禁帶鈣鈦礦薄膜，團隊構(gòu)建的全鈣鈦礦三結(jié)太陽能電池在光電轉(zhuǎn)換效率上達到了創(chuàng)紀(jì)錄的25.3%，且組合開路電壓高達3.23伏特。在穩(wěn)定性測試中，優(yōu)化后的器件在連續(xù)光照250小時后，仍能保持初始效率的85%，展現(xiàn)了顯著提升的運行穩(wěn)定性。

這項工作為克服寬禁帶鈣鈦礦的結(jié)晶難題提供了一種有效策略，并為制備高性能超寬禁帶鈣鈦礦薄膜提供了一種通用方法，從而有力推動了高效且穩(wěn)定的多結(jié)光伏器件的發(fā)展。上海交通大學(xué)仰志斌教授與華東理工大學(xué)楊雙教授團隊的這一研究成果，無疑為鈣鈦礦太陽能電池領(lǐng)域的進一步發(fā)展開辟了新的道路。