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韓禮元: 2019年，中國鈣鈦礦太陽能電池的研究進展

發布時間：2020-04-24 來源：元祿光電

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鈣鈦礦太陽能電池（PSC）由于其高效率和低制造成本而引起了全世界的關注。作為最大的光伏組件供應國，中國在PSC的研究方面做出了巨大努力。在2019年，中國研究小組仍然保持著世界紙質出版物的頭把交椅。器件的效率和穩定性都在穩步提高，逐步推動了PSC的商業化。

有鑒于此，上海交通大學韓禮元教授綜述了2019年中國PSC研究進展，并簡要介紹了行業中PSC模塊的發展。

PSC通常由鈣鈦礦吸光層，電子和空穴傳輸層以及電極組成。這些層的質量在確定設備的PCE中起著至關重要的作用。因此，可以通過優化鈣鈦礦薄膜和界面來有效減少PSC中的能量損失，從而進一步提高器件效率。另外，串聯太陽能電池有望突破單結電池效率的理論極限。作者總結了在鈣鈦礦層，界面工程，串聯結構等方面，PSC功率轉換效率的研究進展。

穩定性是PSC實際應用的瓶頸。鈣鈦礦中的組分通過弱相互作用（例如離子鍵，氫鍵和范德華力）結合，從而提高了鈣鈦礦材料固有的柔軟品質。在光和熱的照射下，器件中容易發生離子遷移，這不僅會損害其他層，還會留下諸如鹵素空位的缺陷，從而降低了器件的穩定性。另外，外部的水和氧氣也往往會通過晶界侵入鈣鈦礦，因此也會影響穩定性。作者基于缺陷鈍化和勢壘構建兩個方面總結了提高PSC穩定性的最新研究進展。

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。作者簡要總結了無鉛PSC的最新研究進展。

盡管在學術界和工業界，中國和其他國家/地區都對PSC進行了深入的研究工作，但要使PSC與硅太陽能電池競爭，還有很長的路要走。為了進一步加快PSC的研發，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是下一個面臨的主要挑戰；（2）由于穩定性已成為PSC商用化的熱門話題和緊迫問題，因此應該對穩定性測試進行標準化；（3）盡管硅太陽能電池現在已經主導了光伏市場并且可以在許多日常生活應用中看到，但它們最初是為利基產品而設計的，專為高度專業化的應用而設計，例如空間站，燈塔。同樣，是時候期待基于PSC的原型產品了。

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