近日，香港中文大學(xué)電子工程學(xué)系校長特聘副教授Martin Stolterfoht領(lǐng)導(dǎo)的一項合作研究，揭示了影響鈣鈦礦太陽能電池使用壽命的關(guān)鍵機制。這項工作為改善下一代太陽能電池壽命的新策略奠定了基礎(chǔ)。相關(guān)論文發(fā)表于《自然-能源》。

目前，太陽能電池市場以傳統(tǒng)硅基電池為主，占市場份額逾95%。相比硅基電池，基于鈣鈦礦的太陽能電池性能更佳，制造成本和碳足跡也更低，然而壽命卻只有短短幾年。這是實現(xiàn)鈣鈦礦太陽能電池大規(guī)模商業(yè)化一個最重要的技術(shù)障礙。

過去10年，科學(xué)家對鈣鈦礦太陽能電池退化機制進(jìn)行了大量研究，希望有針對性地改善電池使用壽命。以往研究普遍認(rèn)為，導(dǎo)致鈣鈦礦穩(wěn)定性欠佳的主要原因包括電子缺陷、電極氧化、鈣鈦礦混合電子/離子半導(dǎo)體的性質(zhì)，或在濕氣和氧氣下容易發(fā)生化學(xué)分解。

這項研究發(fā)現(xiàn)，設(shè)備長時間運行造成的損耗并不是鈣鈦礦太陽能電池退化的決定性因素。鈣鈦礦半導(dǎo)體受到外來刺激時，如暴露在光照下，會產(chǎn)生越來越多的移動離子。這些離子會屏蔽鈣鈦礦中的內(nèi)置電場，反過來降低了光生電荷的提取效率，從而減少太陽能電池產(chǎn)生的電流。研究結(jié)果顯示，離子場屏蔽是鈣鈦礦太陽能電池退化的幕后黑手。

研究團隊表示，相關(guān)工作有望提高鈣鈦礦太陽能電池的穩(wěn)定性，使其使用壽命接近25年的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

Stolterfoht說：“了解導(dǎo)致退化的因素將使我們能夠制定延長電池壽命的新策略，并加快開發(fā)穩(wěn)定性更佳的鈣鈦礦串聯(lián)電池。例如，我們可以通過檢測到的離子特性準(zhǔn)確預(yù)測電池使用壽命，省去耗時數(shù)周至數(shù)月的穩(wěn)定性測試步驟，從而加快研發(fā)速度。”

相關(guān)論文信息：

https://doi.org/10.1038/s41560-024-01487-w

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