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近日，武漢大學(xué)團(tuán)隊(duì)全鈣鈦礦疊層電池突破性技術(shù)登上《Nature》雜志，劍指產(chǎn)業(yè)化的最大痛點(diǎn)“窄帶隙底電池”。

基于此技術(shù)，該團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)態(tài)效率27.62%（第三方權(quán)威認(rèn)證效率27.34%）的目前兩端全鈣鈦礦疊層電池的世界最高效率之一。

長期研究全鈣鈦礦疊層電池的南京大學(xué)教授譚海仁曾介紹，窄帶隙鈣鈦礦性能差是限制全鈣鈦礦疊層電池性能的關(guān)鍵瓶頸。而全鈣鈦礦疊層電池理論效率高達(dá)約43%，可大幅降低光伏度電成本及制造難度，若相關(guān)技術(shù)能夠突破，將具有十分可期的發(fā)展前景。
北京時(shí)間11月9日凌晨，《Nature》在線發(fā)表了武漢大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院方國家、柯維俊團(tuán)隊(duì)關(guān)于全鈣鈦礦疊層太陽能電池的最新研究成果。論文題目為“Aspartate all-in-one doping strategy enables efficient all-perovskite tandems”（《天冬氨酸鹽一體化摻雜策略實(shí)現(xiàn)高效全鈣鈦礦疊層電池》）。

該團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造性提出天冬氨酸鹽酸鹽一體化摻雜策略，有效提高了窄帶隙鈣鈦礦子電池的效率和穩(wěn)定性，為進(jìn)一步提升電池性能找到新途徑。

譚海仁教授曾介紹，全鈣鈦礦疊層電池由三大部分組成：窄帶隙底電池、互聯(lián)層/隧穿結(jié)、寬帶隙頂電池。其中，窄帶隙鈣鈦礦性能差是限制疊層電池性能的關(guān)鍵瓶頸。解決的策略是進(jìn)行缺陷調(diào)控。

本論文通訊作者之一、武漢大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授柯維俊也表示，不夠優(yōu)異的窄帶隙鈣鈦礦底電池是全鈣鈦礦疊層電池未來實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用的絆腳石之一。

在這項(xiàng)研究中，研究者巧妙地將天冬氨酸鹽酸鹽（AspCl）引入到底部空穴傳輸層、鈣鈦礦體吸光層和上界面層中，開發(fā)了一種采用同一分子處理的一體化摻雜策略。研究發(fā)現(xiàn)AspCl-SnI2和AspCl-PbI2具有很低的形成能，有利于形成中間體或者絡(luò)合物，這極大地改善了鈣鈦礦薄膜的質(zhì)量。除了與鈣鈦礦前驅(qū)體配位外，AspCl分子還具有很強(qiáng)的分子間氫鍵，富集在鈣鈦礦上、下界面處的AspCl還充當(dāng)了鈣鈦礦層和傳輸層界面之間的分子鎖，進(jìn)一步提升了鈣鈦礦材料的性能和穩(wěn)定性。

此外，如何抑制窄帶隙鈣鈦礦中不穩(wěn)定性的二價(jià)錫金屬離子的自發(fā)氧化是行業(yè)內(nèi)的主要痛點(diǎn)之一。研究結(jié)果表明AspCl可以有效地抑制二價(jià)錫氧化，和減少有害的四價(jià)錫雜質(zhì)。進(jìn)一步的研究還表明AspCl的引入可以鈍化鈣鈦礦材料的缺陷，調(diào)節(jié)費(fèi)米能級，抑制有害的離子遷移等，從而加強(qiáng)了器件的性能和穩(wěn)定性。

這種簡易的一體化摻雜策略實(shí)現(xiàn)了一舉多能，為窄帶隙鈣鈦礦及全鈣鈦礦疊層太陽能電池的性能提升提供了一個頗具前景的方法，也有望促進(jìn)其他光電領(lǐng)域的發(fā)展。

基于此，方國家、柯維俊團(tuán)隊(duì)通過天冬氨酸鹽一體化摻雜策略同時(shí)提高了窄帶隙鈣鈦礦子電池的效率和穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)態(tài)效率27.62%（第三方權(quán)威認(rèn)證效率27.34%）的目前兩端全鈣鈦礦疊層電池的世界最高效率之一。

據(jù)公開資料，新型金屬鹵化物鈣鈦礦是一種分子通式為ABX3的晶體材料，具有制備工藝簡單、缺陷容忍度高、吸收系數(shù)高、載流子擴(kuò)散長度長等優(yōu)點(diǎn)，在光電子器件領(lǐng)域備受關(guān)注，被認(rèn)為是下一代最具前景的光伏材料之一。

其中，單節(jié)鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)與傳統(tǒng)硅基電池相當(dāng)，但是想要進(jìn)一步提升其效率將越來越困難。

而全鈣鈦礦疊層電池可以突破單結(jié)太陽能電池的肖克利—奎伊瑟效率極限，理論效率可達(dá)約43%，性能還有非常大的提升空間。
上海證券報(bào)記者從業(yè)界獲悉，相比于單層鈣鈦礦電池，疊層鈣鈦礦電池被不少公司認(rèn)為是未來更有前景的產(chǎn)品形態(tài)。

協(xié)鑫光電董事長范斌近日對上海證券報(bào)記者表示：“鈣鈦礦產(chǎn)品在市場里面的主流形態(tài)會是疊層，應(yīng)該說絕大部分鈣鈦礦都會在疊層上得到應(yīng)用。”

范斌介紹，協(xié)鑫光電已接近于實(shí)現(xiàn)單層鈣鈦礦電池18%的節(jié)點(diǎn)性技術(shù)目標(biāo)，在此之后，公司將聚焦攻關(guān)晶硅—鈣鈦礦疊層電池技術(shù)。協(xié)鑫光電計(jì)劃將疊層組件做到26%效率后開始商業(yè)化銷售。

范斌分析，現(xiàn)在晶硅組件的平均效率大約為21%—22%，市場上能買到的最高效晶硅組件的效率約為24%。當(dāng)鈣鈦礦疊層組件的效率達(dá)到26%的時(shí)候，就意味著它可以到達(dá)一個任何晶硅技術(shù)都達(dá)不到的高度，而26%僅僅是鈣鈦礦疊層組件的效率起點(diǎn)。

譚海仁教授帶領(lǐng)的仁爍光能團(tuán)隊(duì)已有多項(xiàng)疊層電池世界紀(jì)錄被收錄。仁爍光能采取同樣思路，產(chǎn)業(yè)化的第一步是鈣鈦礦單結(jié)電池，在單結(jié)電池技術(shù)成熟后，第二步再升級到疊層電池。仁爍光能新建設(shè)的常熟工廠，在規(guī)劃時(shí)已將后期疊層電池生產(chǎn)考慮在內(nèi)。

除了頭部創(chuàng)業(yè)公司，新能源巨頭們也十分重視搶占鈣鈦礦及其疊層應(yīng)用的先機(jī)。

隆基綠能近日宣布，11月3日，美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）最新認(rèn)證報(bào)告顯示，隆基綠能自主研發(fā)的晶硅—鈣鈦礦疊層電池效率達(dá)到33.9%，這也是目前全球晶硅—鈣鈦礦疊層電池效率的最高紀(jì)錄。

寧德時(shí)代21CN創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室郭永勝近日就寧德時(shí)代的鈣鈦礦戰(zhàn)略表示，寧德時(shí)代對于可再生能源長期看好和長期投入，不僅僅是為了車輛光伏這一狹窄主題。鈣鈦礦對于儲能企業(yè)、對于車輛主機(jī)廠都是新的課題。 

原標(biāo)題：武漢大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)發(fā)表全鈣鈦礦疊層太陽能電池最新研究成果 光伏行業(yè)迎來重大突破