Science：20.5%! 鈣鈦礦太陽能電池的新記錄

前言

鈣鈦礦薄膜太陽能電池不斷的刷新著太陽能轉換效率的記錄，在光伏發電領域極具應用前景。鈣鈦礦的典型組成為ABX3，其中A和B是陽離子，而X為陰離子，其典型的晶體結構如下圖所示。這種穩定的立方相結構具有較高的開路電壓（Voc）和短路電流（Jsc）。通過改變鈣鈦礦中鹵素陰離子的組成來調節鈣鈦礦的帶隙， Snaith和其合作者製備了串接型太陽能電池，實現了17%的太陽能轉化效率。（Science. 2016 Jan 8;351(6269):151-5. doi: 10.1126/science.aad5845.）一些研究成果表面，在光的誘導性，鈣鈦礦材料的結構會發生變化，對材料的光電性質，轉化效率和使用壽命都有著很大的影響。

顯然，材料在光照條件下的動態變化過程影響著材料的性能，而原位的觀察和監控材料的結構變化對於理解在光誘導條件下的微觀結構變化和材料性能之間的關係非常重要。

第一作者：Hsinhan Tsai

通訊作者：Wanyi Nie and Aditya D. Mohite

單位：LANL, Los Alamos, NM 87545, USA

文章簡介

今天上線的這篇Science論文（Tsai et al., Science 360, 67–70 (2018)）發現，

在持續的光照條件下，太陽能薄膜電池中的晶體結構會發生均勻的膨脹，能夠有將太陽能電池的效率從18.5%提高到20.5%。研究表明，這種晶格的擴展能很好的緩衝晶格應力，從而降低鈣鈦礦介面之間的能壘，進而提高開路電壓和填充因數。與此同時，這種光誘導的晶格膨脹不會降低鈣鈦礦電池的使用壽命，在1個太陽的光照強度下能夠持續使用1500小時以上。

圖1 光誘導晶格膨脹和結構分析

圖2 光誘導晶格膨脹對FA0.7MA0.25Cs0.05PbI3薄膜太陽能電池性能的影響。

圖3 持續光照下器件的性能

圖4 器件使用壽命測試

作者介紹

Aditya D. Mohite

個人主頁：http://www.lanl.gov/expertise/profiles/view/aditya-mohite

主要研究方向：

1. 二維材料，有機-無機材料的介面光-物理效應，及其在太陽能轉化（光伏發電，光催化）

2. 利用介面探測技術如時間分辨螢光光譜，電子吸收譜，阻抗譜研究電子以及能量轉化和複合的過程。

部分研究成果：

1. ACS Nano 9, 840 (2015). DOI: 10.1021/nn506469v

2. ACS Nano 9, 2981(2015). DOI: 10.1021/nn507150q

3. J. Phys. Chem. C 119, 1286 (2015). DOI: 10.1021/jp5095905

4. Nature Materials 13, 1128 (2014). doi:10.1038/nmat4080

Wanyi Nie

個人主頁：http://www.lanl.gov/expertise/profiles/view/wanyi-nie

教育經歷：

Ph. D, Department of Physics, Wake Forest University, 2012

B.S., 應用物理，北京航空航太大學， 2008

部分研究成果：

1. Science 347, 522 (2015). DOI: 10.1126/science.aaa0472

2. Advanced Science (2015). DOI: 10.1002/advs.201500024

備註：由於小編學識有限，如有不科學之處，懇請留言指正，更多精彩內容請大家移步閱讀原文。