鈣鈦礦太陽(yáng)能電池(PSC)由于其高效率和低制造成本而引起了全世界的關(guān)注。作為最大的光伏組件供應(yīng)國(guó)，中國(guó)在PSC的研究方面做出了巨大努力。在2019年，中國(guó)研究小組仍然保持著世界紙質(zhì)出版物的頭把交椅。器件的效率和穩(wěn)定性都在穩(wěn)步提高，逐步推動(dòng)了PSC的商業(yè)化。
有鑒于此，上海交通大學(xué)韓禮元教授綜述了2019年中國(guó)PSC研究進(jìn)展，并簡(jiǎn)要介紹了行業(yè)中PSC模塊的發(fā)展。
重點(diǎn)內(nèi)容如下：
1)PSC通常由鈣鈦礦吸收劑，電子和空穴傳輸層以及電極組成。這些層的質(zhì)量在確定設(shè)備的PCE中起著至關(guān)重要的作用。因此，可以通過(guò)優(yōu)化鈣鈦礦薄膜和界面來(lái)有效減少PSC中的能量損失，從而進(jìn)一步提高器件效率。另外，串聯(lián)太陽(yáng)能電池有望突破單結(jié)電池效率的理論極限。作者總結(jié)了在鈣鈦礦層，界面工程，串聯(lián)結(jié)構(gòu)等方面，PSC功率轉(zhuǎn)換效率的研究進(jìn)展。
2)穩(wěn)定性是PSC實(shí)際應(yīng)用的瓶頸。鈣鈦礦中的組分通過(guò)弱相互作用(例如離子鍵，氫鍵和范德華力)結(jié)合，從而提高了鈣鈦礦材料固有的柔軟品質(zhì)。在光和熱的照射下，器件中容易發(fā)生離子遷移，這不僅會(huì)損害其他層，還會(huì)留下諸如鹵素空位的缺陷，從而降低了器件的穩(wěn)定性。另外，外部的水和氧氣也往往會(huì)通過(guò)晶界侵入鈣鈦礦，因此也會(huì)影響穩(wěn)定性。作者基于缺陷鈍化和勢(shì)壘構(gòu)建兩個(gè)方面總結(jié)了提高PSC穩(wěn)定性的最新研究進(jìn)展。
3)迄今為止，高效PSC通常使用基于Pb的鈣鈦礦作為吸收層。還研究了基于Sn ，Ge ，Cu 和其他元素的無(wú)鉛PSC。其中，由于理想的帶隙接近肖克利-奎塞爾極限(1.4 eV)和高的載流子遷移率，鈣鈦礦是最有前途的候選物。作者簡(jiǎn)要總結(jié)了無(wú)鉛PSC的最新研究進(jìn)展。
4)盡管在學(xué)術(shù)界和工業(yè)界，中國(guó)和其他國(guó)家/地區(qū)都對(duì)PSC進(jìn)行了深入的研究工作，但要使PSC與硅太陽(yáng)能電池競(jìng)爭(zhēng)，還有很長(zhǎng)的路要走。
為了進(jìn)一步加快PSC的研發(fā)，作者給出了一些建議包括：(1)模塊尺寸與效率之間的反相關(guān)是下一個(gè)面臨的主要挑戰(zhàn);(2)由于穩(wěn)定性已成為PSC商用化的熱門話題和緊迫問(wèn)題，因此應(yīng)該對(duì)穩(wěn)定性測(cè)試進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化;(3)盡管硅太陽(yáng)能電池現(xiàn)在已經(jīng)主導(dǎo)了光伏市場(chǎng)并且可以在許多日常生活應(yīng)用中看到，但它們最初是為利基產(chǎn)品而設(shè)計(jì)的，專為高度專業(yè)化的應(yīng)用而設(shè)計(jì)，例如空間站，燈塔。同樣，是時(shí)候期待基于PSC的原型產(chǎn)品了。
中國(guó)是最大的光伏組件供應(yīng)國(guó)，擁有最多的光伏企業(yè)和研究人員。在這種蓬勃發(fā)展的光伏環(huán)境中，作者相信，在中國(guó)科學(xué)家和工業(yè)界的不懈努力之后，PSC的商業(yè)化將首先在中國(guó)實(shí)現(xiàn)。
