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近期，中國科學院合肥物質(zhì)科學研究院固體物理研究所能源材料與器件制造研究部研究員潘旭團隊、中國科學技術(shù)大學教授肖正國課題組合作，在鈣鈦礦太陽能電池研究中取得進展，制備出理想帶隙為1.33 eV的鉛錫混合鈣鈦礦作為太陽能電池吸收層，通過定向錨定策略（STA）對鈣鈦礦空位缺陷進行精確鈍化處理，獲得22.51%的光電轉(zhuǎn)化效率（PCE）記錄，光電轉(zhuǎn)化效率有望超越傳統(tǒng)鉛基鈣鈦礦太陽電池。

目前，有機金屬鹵化物鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）最高光電轉(zhuǎn)換效率已提高到25.8%（認證為25.7%）。傳統(tǒng)的鉛基鈣鈦礦材料的禁帶寬度在1.5 ~ 1.7 eV范圍內(nèi)，根據(jù)Shockley-Queisser（S-Q）模型，當吸收層帶隙為1.33 eV時，電池具有最高的理論極限效率。采用Sn部分取代或全部取代Pb可以降低鈣鈦礦帶隙，當Sn比例為20%時，帶隙能降至理想值1.33 eV左右。但20%Sn含量是鈣鈦礦帶隙變化的臨界值，其中存在大量的缺陷，導致非輻射復合造成嚴重的開路電壓損失（VOC loss）。根據(jù)以往的研究，造成開路電壓損失的具體原因主要有兩個：Sn2+易氧化成Sn4+引起嚴重的自p摻雜，形成Sn空位并引入額外的p型電荷；Sn與有機組分的反應(yīng)強于Pb，使得結(jié)晶過程過快和不受控，導致薄膜質(zhì)量較差，缺陷密度增加。

基于此，該研究通過定向選擇錨定策略對鈣鈦礦進行鈍化處理，獲得理想帶隙鈣鈦礦太陽能電池22.51%的光電轉(zhuǎn)化效率記錄。研究表明，鉛錫混合鈣鈦礦太陽能電池中雙金屬的缺陷是導致其性能退化的主要原因。因此，研究人員采用2-苯乙胺氫碘酸鹽 （PEAI）和乙二胺氫碘酸鹽 （EDAI）作為共修飾劑對鈣鈦礦進行表面處理，分別選擇性錨定與Pb和Sn相關(guān)的活性位點并對兩種金屬缺陷進行鈍化。最終，鉛錫混合鈣鈦礦太陽能電池的開路電壓（VOC）從0.79 V大幅提高到0.90 V，開路電壓的損失降低到0.43 V。此外，器件表現(xiàn)出極佳穩(wěn)定性，在氮氣手套箱中存儲2700小時后，仍可保持初始效率的80%。

該研究為鉛錫鈣鈦礦太陽能電池管理金屬雙源缺陷提供了一種有效的鈍化機制。相關(guān)成果發(fā)表在Advanced Materials 上。研究得到國家重點研發(fā)計劃、安徽省杰出青年基金等項目資助。


原標題：合肥研究院等提出提高鈣鈦礦太陽電池光電轉(zhuǎn)化效率新策略