新研究為提升大面積鈣鈦礦光伏模組性能提供重要思路

上海交通大學環境科學與工程學院教授趙一新、副研究員繆炎峰團隊，設計開發了一種雜質修復的界面工程新策略，解決了工業化大規模制備鈣鈦礦模組中面臨的大面積引發雜質累積效應的關鍵科學問題。同時，團隊聯合聯合寧德時代21C創新實驗室教授歐陽楚英團隊，成功實現了光電轉換效率超過22%的30厘米×30厘米大尺寸高性能鈣鈦礦光伏模組。9月26日，相關研究發表于《自然》。

包括銅銦鎵硒（CIGS）在內的多元組分薄膜太陽能電池，具有大面積模組整體一次性制備優勢。但由于局部雜質、組分偏析以及結構缺陷的累積效應等問題，此類太陽能電池的制備，長期面臨組件成品率低和大面積效率低的困擾。

鈣鈦礦太陽能電池面臨著同樣的難題，關鍵原因是在大面積制備的結晶過程中，會出現多種類型的雜質和組分偏析。這些雜質的累積效應嚴重制約模組的性能提升，還會影響鈣鈦礦太陽能電池的運行穩定性，嚴重制約鈣鈦礦太陽能電池的產業化。

為解決以上問題，研究團隊報道了一種基于環己烯基乙胺鹽（CHEA）的低維鈣鈦礦CHEA₂PbI₄的新型雜質修復策略。CHEA₂PbI₄鈣鈦礦的導電性能優異，經過CHEAI（CHEA的鈍化劑）界面工程處理后，三維鈣鈦礦薄膜中的雜質可以完全轉化為性能優秀的二維CHEA₂PbI4鈣鈦礦。

研究團隊進一步觀察材料的微觀結構發現，CHEAI處理可以在鈣鈦礦薄膜表面和晶界形成有效鈍化缺陷的二維CHEA₂PbI₄覆蓋層，保障了鈣鈦礦薄膜穩定化，并為高效的電荷傳輸提供了通道，小面積器件中的填充因子可以達到0.86的高水平。更為重要的是，基于CHEAI的雜質修復界面工程具有工藝容忍性好、操作窗口寬的優勢，非常適合大面積器件制備的工藝擴展，實現了大面積薄膜的雜質修復。

雜質修復后的鈣鈦礦薄膜及大面積高效率模組。圖片由研究團隊提供

相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-024-08073-w