“THP太陽能電池具有巨大的商業(yè)潛力，因為鈣鈦礦器件的生產(chǎn)比硅基太陽能電池更具可持續(xù)性，”該研究的主要作者陳鵬說道。“THP的優(yōu)勢在于，我們使用的錫更加環(huán)保，而不是大多數(shù)鈣鈦礦太陽能電池中廣泛使用的有毒鉛，這意味著它們可以安全地安裝在家中。”

該電池在鈣鈦礦和空穴傳輸層之間的界面處采用了二維鈣鈦礦層，研究人員表示，這可以改善載流子傳輸/提取，同時抑制離子遷移。具有這種結(jié)構(gòu)的電池通常表現(xiàn)出較大的激子結(jié)合能，并且由于有機(jī)配體的保護(hù)，通常比傳統(tǒng)的三維器件更穩(wěn)定。

為了設(shè)計出這種新穎的電池，研究人員采用了一種特殊的化學(xué)工程策略來調(diào)控具有均質(zhì)二維/三維本體異質(zhì)結(jié)構(gòu)的混合維鈣鈦礦的成核動力學(xué)。此外，他們還利用銫離子來改善THP薄膜的微觀結(jié)構(gòu)，并減少其缺陷。

“正是這一點讓我們能夠達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的效率水平，同時還能生產(chǎn)出能夠通過嚴(yán)格環(huán)保檢測的產(chǎn)品，”陳先生解釋道。“我認(rèn)為我們現(xiàn)在擁有的配方只會不斷改進(jìn)。”

該電池由氧化銦錫 (ITO) 和玻璃制成的基板、PEDOT：PSS 空穴傳輸層、鈣鈦礦吸收層、浴銅靈 (BCP) 緩沖層和銀 (Ag) 金屬觸點制成。

在標(biāo)準(zhǔn)照明條件下進(jìn)行測試，該設(shè)備的效率達(dá)到 17.13%，認(rèn)證效率達(dá)到 16.65%，同時在未封裝的氮氣中連續(xù)單太陽照射下穩(wěn)定運行超過 1,500 小時。

“這看起來可能不算什么，但在這個以精細(xì)漸進(jìn)式進(jìn)展著稱的領(lǐng)域，這無疑是一次巨大的飛躍，”論文合著者王連舟說道。“這一讀數(shù)與目前市面上許多硅基太陽能電池的讀數(shù)一致，但有可能更便宜、更快速地制造。我們對這一紀(jì)錄感到興奮，也為經(jīng)濟(jì)高效的可再生能源技術(shù)的進(jìn)步做出了貢獻(xiàn)。”

科學(xué)家在《自然納米技術(shù)》雜志上發(fā)表的《均質(zhì)二維/三維異質(zhì)結(jié)構(gòu)錫鹵化物鈣鈦礦光伏》中介紹了這種新的電池概念。