【消費電子實驗室-2023/7/6】近日，浙江大學(xué)硅及先進半導(dǎo)體實驗室、材料科學(xué)與工程學(xué)院楊德仁院士團隊的薛晶晶研究員聯(lián)合西湖大學(xué)、加州大學(xué)洛杉磯分校、洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院等，發(fā)現(xiàn)甲脒鉛碘基鈣鈦礦形成過程中的一種普遍性的取向成核機制。該機制抑制了非光學(xué)活性的晶相形成，使得在室溫下就能形成純凈的黑相甲脒鉛碘基鈣鈦礦，這為未來不斷提高鈣鈦礦光電轉(zhuǎn)化效率打開了一扇新大門。這項成果刊登在國際頂級期刊《自然》。

有數(shù)據(jù)統(tǒng)計，國內(nèi)市場單晶硅電池占有率超過了90%。而相比單晶硅電池，鈣鈦礦太陽能電池是極具發(fā)展?jié)摿Φ男乱淮�半�?dǎo)體光伏技術(shù)，鈣鈦礦光吸收率比硅高出整整一個數(shù)量級。

此外，鈣鈦礦是屬于薄膜型的材料，便于輕量化應(yīng)用，而且在室溫下稍稍加熱，便可在十幾秒甚至幾秒內(nèi)生產(chǎn)出這種材料。但是，鈣鈦礦有一個一直懸而未決的問題，那就是它結(jié)晶的過程實在太快了，快到科學(xué)家都沒明白短短幾秒時間里，到底發(fā)生了什么。

鈣鈦礦薄膜成核及生長的全過程原位監(jiān)測

為此，薛晶晶團隊就把研究方向聚焦到這個“反應(yīng)盲盒”里，研究晶體結(jié)構(gòu)的生成奧秘。通過0.18秒的速度“拍照”，發(fā)現(xiàn)在鈣鈦礦形成過程的最開始幾秒，初始的晶核就具有（100）晶面的取向性，這個取向決定了后面晶體繼續(xù)生長的方向和最終生成的物相，也決定了鈣鈦礦的光電轉(zhuǎn)化效率。而只需將晶相的（100）面的能量控制到最低，就會使得反應(yīng)都沿著能量最低的方向進行。該取向成核機制為開發(fā)針對性的鈣鈦礦薄膜質(zhì)量提升策略及其規(guī)模化沉積方案提供了一定的理論依據(jù)和技術(shù)探索。

研究團隊基于此優(yōu)化了鈣鈦礦薄膜沉積策略，在兩步法和一步法沉積工藝中分別實現(xiàn)了超過24%和25%的光電轉(zhuǎn)換效率。制備出的太陽能電池器件還表現(xiàn)出明顯改善的工作穩(wěn)定性。在30±3 ℃的恒定照明下以最大功率點進行跟蹤時，器件在1000多小時后仍保持了初始效率的95%，而在相同條件下對照組器件的光電轉(zhuǎn)換效率下降了30%。