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yexuqing木蟲(chóng)之王 (文學(xué)泰斗)
太陽(yáng)系系主任
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鈣鈦礦多結(jié)太陽(yáng)能電池助推大規(guī)模清潔能源發(fā)展
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鈣鈦礦多結(jié)太陽(yáng)能電池助推大規(guī)模清潔能源發(fā)展 近日，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院研究員王在偉與新加坡國(guó)立大學(xué)教授侯毅合作在《自然綜述：清潔技術(shù)》發(fā)表綜述文章。研究人員系統(tǒng)總結(jié)了鈣鈦礦基多結(jié)太陽(yáng)能電池的最新研究進(jìn)展與未來(lái)發(fā)展方向，為推動(dòng)新一代高效、低成本光伏技術(shù)提供了重要的理論依據(jù)和發(fā)展藍(lán)圖。 光伏發(fā)電作為實(shí)現(xiàn)碳中和的重要能源技術(shù)，近年來(lái)發(fā)展迅速。然而，目前商用的硅基或鈣鈦礦單結(jié)電池效率已接近單結(jié)理論極限，進(jìn)一步提升空間有限。多結(jié)太陽(yáng)能電池通過(guò)層疊具有互補(bǔ)帶隙的光吸收材料，可更高效地利用太陽(yáng)光譜，被認(rèn)為是突破效率瓶頸的關(guān)鍵路徑。 鈣鈦礦材料因其帶隙可調(diào)、制備成本低、工藝靈活等優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用于與硅或其他半導(dǎo)體疊層的多結(jié)光伏器件中。但與此同時(shí)，該領(lǐng)域仍面臨諸多挑戰(zhàn)，例如超寬帶隙鈣鈦礦在光照下易發(fā)生相分離，中間層材料電流輸出不足，以及層間工藝兼容性差等問(wèn)題，這些因素制約了器件的進(jìn)一步發(fā)展和規(guī)模化應(yīng)用。 該綜述全面梳理了近年來(lái)鈣鈦礦-鈣鈦礦-硅三結(jié)太陽(yáng)能電池的研究進(jìn)展，并從材料設(shè)計(jì)、器件結(jié)構(gòu)和應(yīng)用潛力等方面提出了深入分析與展望。 研究人員指出，超寬帶隙鈣鈦礦是實(shí)現(xiàn)三結(jié)器件的關(guān)鍵，但其相分離問(wèn)題嚴(yán)重。通過(guò)離子摻雜或化學(xué)組分工程，可有效改善結(jié)晶性，抑制鹵素離子遷移，從而提升開(kāi)路電壓和穩(wěn)定性。理想的中間層帶隙應(yīng)在1.40至1.50電子伏特之間。鉛-錫混合鈣鈦礦，以及純相甲脒鉛碘等材料表現(xiàn)出良好的潛力，部分研究已實(shí)現(xiàn)接近理論值的電流匹配，推動(dòng)了整體效率的提升； 作為光伏產(chǎn)業(yè)的主力，硅電池為疊層提供了堅(jiān)實(shí)的基底。最新的隧穿氧化層鈍化接觸（TOPCon）、硅異質(zhì)結(jié)等技術(shù)與鈣鈦礦疊層結(jié)合，展現(xiàn)出更高的轉(zhuǎn)換效率和良好的穩(wěn)定性；合理的互連層不僅要高透明度、低電阻，還需避免對(duì)下層造成損傷。通過(guò)優(yōu)化透明導(dǎo)電氧化物或超薄金屬層，能夠?qū)崿F(xiàn)更高效的電荷輸運(yùn)并減少寄生吸收。 模擬結(jié)果顯示，鈣鈦礦-鈣鈦礦-硅三結(jié)電池的理論效率可達(dá)44.3%，比雙結(jié)電池39.5%的理論極限高出約5個(gè)百分點(diǎn)。在實(shí)際氣候條件下，該類三結(jié)器件的發(fā)電量比單結(jié)電池提升33至46%，比雙結(jié)電池高約8%，展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。 鈣鈦礦基多結(jié)太陽(yáng)能電池憑借其優(yōu)異的光電性能和低成本優(yōu)勢(shì)，被視為最有希望與傳統(tǒng)硅光伏結(jié)合的下一代高效器件。本研究不僅全面總結(jié)了當(dāng)前研究中的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，也明確指出了未來(lái)的發(fā)展方向。 該文章的發(fā)表，不僅為科研人員提供了系統(tǒng)性的研究框架和問(wèn)題導(dǎo)向，也為產(chǎn)業(yè)界探索低成本、高效率的下一代光伏器件提供了技術(shù)路線圖。未來(lái)，鈣鈦礦多結(jié)太陽(yáng)能電池有望在大規(guī)模清潔能源生產(chǎn)中發(fā)揮核心作用，助力“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。 相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s44359-025-00103-8 |
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