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【 光電轉(zhuǎn)換率刷新世界紀(jì)錄！

鈣鈦礦光伏組件重大突破 】

首圖來(lái)源：科技日?qǐng)?bào)

隨著人類太空活動(dòng)的增多，發(fā)展兼具高效、輕質(zhì)與強(qiáng)環(huán)境適應(yīng)性的新一代空間光伏技術(shù)，已成為迫切需求。

全鈣鈦礦疊層太陽(yáng)能電池具備更寬光譜利用能力，理論效率有望突破40%。同時(shí)，鈣鈦礦材料吸光系數(shù)高，僅需亞微米厚度即可實(shí)現(xiàn)高效光電轉(zhuǎn)換，其比功率（單位重量產(chǎn)生的功率）可達(dá)傳統(tǒng)剛性電池的10倍以上，能夠顯著降低發(fā)射重量并簡(jiǎn)化太陽(yáng)翼展開(kāi)機(jī)構(gòu)，為空間輕量化光伏系統(tǒng)提供了理想方案。

6月16日，據(jù)南京大學(xué)消息，該校先進(jìn)制造學(xué)院肖科助理教授、化學(xué)學(xué)院王元元教授、現(xiàn)代工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院譚海仁教授團(tuán)隊(duì)在全鈣鈦礦疊層光伏技術(shù)取得重要突破。

該校教授譚海仁團(tuán)隊(duì)聯(lián)合仁爍光能（蘇州）有限公司團(tuán)隊(duì)成功研制出大面積全鈣鈦礦疊層光伏組件，經(jīng)日本電氣安全環(huán)境研究所（JET）認(rèn)證，該組件的光電轉(zhuǎn)換效率高達(dá)26.2%，刷新了該面積等級(jí)全鈣鈦礦疊層光伏組件的世界紀(jì)錄。

6月15日，相關(guān)研究成果《Nanocrystal-tailored junction for all-perovskite tandem solar module》以快速預(yù)覽形式在線發(fā)表于《Nature》主刊。

來(lái)源：Nature

目前，將大面積全鈣鈦礦疊層光伏組件應(yīng)用于太空，仍面臨一系列技術(shù)挑戰(zhàn)，例如組件復(fù)合連接層光學(xué)損失大，劇烈溫度沖擊會(huì)加速金屬擴(kuò)散及有機(jī)層退化等，些問(wèn)題嚴(yán)重制約了組件的效率提升和在空間輻照、真空、冷熱交變等極端環(huán)境下的長(zhǎng)期運(yùn)行可靠性。

針對(duì)這些問(wèn)題，團(tuán)隊(duì)此次制備出一種65平方厘米的無(wú)空穴傳輸層的隧穿復(fù)合結(jié)結(jié)構(gòu)的光伏組件，該結(jié)構(gòu)采用納米晶功能層替代傳統(tǒng)超薄金屬?gòu)?fù)合層，并去除聚3,4-乙烯二氧噻吩：聚苯乙烯磺酸鹽（PEDOT:PSS）空穴傳輸層，實(shí)現(xiàn)了界面連接層的結(jié)構(gòu)重構(gòu)。

“該設(shè)計(jì)顯著降低了光學(xué)損耗，提升了透光性能，同時(shí)改善了大面積制備中的均勻性與一致性?！闭撐牡谝蛔髡呒嫱ㄓ嵶髡摺⒛暇┐髮W(xué)先進(jìn)制造學(xué)院助理教授肖科介紹，由于有效避免了金屬擴(kuò)散與有機(jī)層退化問(wèn)題，器件穩(wěn)定性也得到明顯提升，從而為全鈣鈦礦疊層組件提供了更加可靠的界面結(jié)構(gòu)。

由于去除了PEDOT:PSS空穴傳輸層，鉛-錫窄帶隙鈣鈦礦中的電荷輸運(yùn)受到限制。為此，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)體相與界面的協(xié)同調(diào)控，提升了空穴輸運(yùn)能力。

此外，薄膜均勻性是提升大面積全鈣鈦礦疊層光伏組件效率的關(guān)鍵因素。為此，研究團(tuán)隊(duì)基于刮涂工藝，針對(duì)鉛-錫窄帶隙鈣鈦礦開(kāi)發(fā)了一種由2-甲氧基乙醇（2-Me）和四氫呋喃（THF）組成的二元共溶劑體系。兩者協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)了大尺寸鈣鈦礦薄膜的均勻可控制備，為疊層組件的規(guī)模化制造奠定了工藝基礎(chǔ)。

同時(shí)，團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)，磷酸基空穴選擇性傳輸材料有助于緩解鉛-錫窄帶隙鈣鈦礦在大面積制備時(shí)的薄膜應(yīng)力分布不均的問(wèn)題。最終，所制備的65平方厘米全鈣鈦礦疊層組件獲得26.6%的實(shí)驗(yàn)室認(rèn)證效率，并經(jīng)日本電氣安全與環(huán)境技術(shù)實(shí)驗(yàn)室（JET）獨(dú)立認(rèn)證達(dá)到26.2%，刷新了該面積等級(jí)全鈣鈦礦疊層組件的世界效率。

目前，我國(guó)太空光伏實(shí)驗(yàn)正在加速。5月25日凌晨，神舟二十三號(hào)載人飛船與中國(guó)空間站天和核心艙成功對(duì)接。本次成功發(fā)射的神舟二十三號(hào)載人飛船共攜帶9項(xiàng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)上行中國(guó)空間站，其中，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池動(dòng)態(tài)服役實(shí)驗(yàn)備受矚目，這也是空間站首次開(kāi)展此類實(shí)驗(yàn)。

該實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)聚焦于兩類鈣鈦礦太陽(yáng)能電池材料和器件——單結(jié)鈣鈦礦電池與鈣鈦礦基疊層電池。其中，單結(jié)鈣鈦礦電池由仁爍光能聯(lián)合南京大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所共同研制。

（來(lái)源：南京大學(xué)、科技日?qǐng)?bào)、央視新聞；整理：Penn）

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