近日，中國科學院黃維院士帶領南京工業大學秦天石、王芳芳研究團隊設計合成了一種新型添加劑，可以誘導鈣鈦礦薄膜形成更加有序的結晶，進而獲得光電轉換效率達24.1%的鈣鈦礦太陽能電池。
鈣鈦礦型太陽能電池具有制備工藝簡單、能量轉化效率高等特點，已成為新型光伏領域最強有力的競爭者。但鈣鈦礦太陽能電池的商業化依然面臨著濕、熱、光等穩定性問題。
據悉，在鈣鈦礦中加入混合離子可以有效抑制光活性黑相轉變成非鈣鈦礦黃相或者降解為碘化鉛，但這些離子會影響相應器件的穩定性。研究表明，混合離子鈣鈦礦在連續光照下會發生相偏析，揮發性陽離子成分會引起鈣鈦礦薄膜中的針孔和殘留碘化鉛的形成，影響在高溫或潮濕條件下的器件性能。
“通過多種原位表征技術，我們對鈣鈦礦薄膜在旋涂和退火過程中的中間相、成核和結晶過程進行監測和深入研究，發現造成混合離子鈣鈦礦困境的根本原因是由于中間相誘導的多種成核途徑，導致其無法生長成均勻的高結晶性薄膜。”王芳芳介紹說。
針對上述問題，研究團隊設計合成了一種多功能氟取代分子作為添加劑。該添加劑可以抑制多中間相的生成，促進定向結晶，誘導鈣鈦礦薄膜形成更加有序的結晶，進而獲得高效、穩定的鈣鈦礦太陽能電池器件性能。
“我們使用新型添加劑材料制備的鈣鈦礦太陽能電池達到了24.10%的光電轉化效率?！毖芯繄F隊成員李慕白介紹說，加了添加劑的鈣鈦礦薄膜，不僅能抗擊住空氣中的少量水分，將其放到水中浸泡5分鐘以上也不分解，提高了鈣鈦礦太陽能電池的穩定性。
研究團隊一直致力于新型光電材料的開發、鈣鈦礦基礎科學的探索和高效鈣鈦礦太陽能電池的制備領域。此項研究成果再次在高效、穩定的鈣鈦礦太陽能電池領域實現突破，為高效利用新能源資源拓展了新途徑。
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