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轉換效率達13.2% 中科大新成果激發錫基鈣鈦礦太陽能電池應用潛能
2024年05月14日 11:45:00
來源：化工儀器網 作者：小王 點擊量：6619
隨著全球對可再生能源需求的不斷增長，太陽能電池作為一種清潔、可再生的能源技術，為推動能源轉型做出了重要貢獻，成為了可持續發展的一個重要錨點。與此同時，太陽能電池本身在交通、通訊、石油、海洋、氣象等領域的廣泛應用，也突出了其在不同產業中的重要地位。正因如此，如今該產業受到了高度關注，相關技術不斷研究的同時，其應用領域也在不斷拓展。
【化工儀器網 行業百態】隨著全球對可再生能源需求的不斷增長，太陽能電池作為一種清潔、可再生的能源技術，為推動能源轉型做出了重要貢獻，成為了可持續發展的一個重要錨點。與此同時，太陽能電池本身在交通、通訊、石油、海洋、氣象等領域的廣泛應用，也突出了其在不同產業中的重要地位。正因如此，如今該產業受到了高度關注，相關技術不斷研究的同時，其應用領域也在不斷拓展。
這一點，在太陽能電池的材料上體現的尤為突出諸如硅材料、有機材料只要加工得當，都有可能用于太陽能電池的制造。而在其中有一類材料非常特殊——鈣鈦礦型半導體。
鈣鈦礦型半導體可用于生產一種新型的鈣鈦礦太陽能電池。這種電池屬于第三代薄膜電池的代表，理論上具備較高的光電轉換效率、低成本和環保等優點，因此受到高度關注。但是在生產工藝上，卻面臨著一個難題——非鉛錫基鈣鈦礦半導體自身存在缺陷。
非鉛錫基鈣鈦礦半導體相較于鉛基鈣鈦礦半導體不存在重金屬鉛，因此更加環境友好，也更加安全。但與鉛基鈣鈦礦半導體相比，非鉛錫基鈣鈦礦半導體存在結晶速率快、p型自摻雜嚴重、與傳輸層能級匹配不佳等問題，這些問題使得用其制造的光伏器件會出現載流子提取困難、非輻射復合嚴重等情況，無法達到理論光電轉化效率(盡管理論效率比鉛基鈣鈦礦半導體生產的光伏器件更高。
而中國科學技術大學微電子學院特任研究員胡芹課題則在這個問題上找到了突破口，通過構建鈣鈦礦同質結和摻雜設計，促進光生載流子的分離和提取，成功提高了光伏器件的效率和穩定性。
根據中科大新聞網公開的消息，“研究團隊利用自主發展的第一性原理計算軟件ABACUS(原子算籌)中的高精度雜化密度泛函計算功能，對錫基鈣鈦礦半導體材料進行摻雜設計，通過將鍺離子引入到活性層中，實現了鍺離子的梯度摻雜和同質結構筑。鈣鈦礦半導體吸收層能級的梯度變化增強了內建電場，從而促進了光生載流子的分離和提取。研究通過不同深度的X射線光電子能譜(XPS)表征證實了錫基鈣鈦礦半導體薄膜中鍺離子的梯度摻雜，通過第一性原理計算的缺陷形成能和摻雜類型結果揭示了構建同質結的內在機制。經過進一步器件工藝優化，同質結光伏器件的暗電流降低了兩個數量級，缺陷密度降低了一個數量級，功率轉換效率從11.2%提升至13.2%，在最大功率點連續運行250分鐘后仍然保持初始效率的95%以上，具有良好的穩定性。”
目前相關成果已發表于國際期刊《納米通訊》，中科大新聞網也在相關報道中提供了論文鏈接，感興趣的讀者可以去查閱學習。
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