來自香港城市大學、美國國家可再生能源實驗室（NREL）和英國帝國理工學院的研究團隊開發了一種新技術，通過原子層沉積（ALD）替換傳統的富勒烯電子傳輸層為氧化錫，從而提高了鈣鈦礦太陽能電池的長期穩定性。該過程首先將鈣鈦礦和空穴傳輸層在單一步驟中沉積，然后通過ALD工藝形成缺氧的氧化錫層，減少了能帶偏移至更厚的常規氧化錫層。最終的太陽能電池光電轉換效率超過25%，在65°C的最大功率點操作下連續工作2000小時后，仍保持95%以上的效率。
港城大化學系朱宗龍教授（左）與高丹鵬博士手持他們研發的創新太陽能電池?圖源：公開網絡
這種新型的制造方法有望顯著提升鈣鈦礦太陽能電池的商業前景，不僅改善了其穩定性、可靠性和效率，同時還降低了成本。此外，這項研究提供了簡化的器件結構，有助于未來實現工業化大規模生產。
“鈣鈦礦太陽能電池在穩定性上的提升和生產工藝的簡化，標志著推動太陽能更具可負擔性和廣泛應用的重大進展，”香港城市大學化學系的朱宗龍教授表示。
研究團隊在太陽能電池結構上引入了兩項關鍵創新。首先，他們將空穴選擇性材料與鈣鈦礦層集成，從而簡化了制造流程。其次，設備的操作穩定性通過采用具有優異熱穩定性的無機電子傳輸層——氧化錫，替代了傳統的有機材料如富勒烯和BCP，得到了大幅提升。
城大的創新太陽能電池設計（圖右）較“傳統的器件結構”（圖左）更能提升太陽能電池的穩定性、可靠度、效率及成本效益。圖源：公開網絡
“這項研究中提出的器件結構是當前鈣鈦礦太陽能電池領域最簡化的架構之一，為實現工業化提供了有利條件，”論文共同作者、香港城市大學博士后研究員高丹鵬博士表示。高博士進一步解釋稱，這種方案無需傳統的有機傳輸層，從而有效降低了材料成本，并極大簡化了生產步驟。
這項研究的數據令人振奮。通過優化氧化錫層中的氧空位，團隊實現了超過25%的光電轉換效率，并在經過2000小時的嚴苛測試后，保持了95%以上的效率。這一性能超越了傳統鈣鈦礦太陽能電池的穩定性，滿足了多項行業對耐久性的要求，為更可靠和高效的太陽能電池生產鋪平了道路，并簡化了制造流程，使大規模生產更加具成本效益。
研究團隊表示，研究的下一階段將專注于將這一創新結構應用于更大尺寸的鈣鈦礦太陽能電池模塊，旨在進一步提升技術的效率和可擴展性。“隨著這項研究有望在未來五年內應用于太陽能系統中，它代表了邁向全球更可持續和環保的能源生產的重要一步，”朱教授補充道。
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