重大突破：真空沉積鈣鈦礦電池工作1080小時后仍保持80%性能

在實驗室中，這些電池實現了19.3%的轉換效率。

研究人員在制造鈣鈦礦太陽能電池方面取得了一項重大突破，他們開發(fā)出一種多源共蒸發(fā)的配方，顯著提高了真空沉積鈣鈦礦薄膜的晶體質量。

據香港科技大學（HKUST）的研究人員稱，這一進展使全真空沉積單結鈣鈦礦電池以及鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池更接近于可規(guī)模化生產。

新方法產生高度有序的寬禁帶鈣鈦礦

研究團隊揭示，在熱共蒸發(fā)過程中引入氯化鉛（PbCl2）"共源"，可以有效引導鈣鈦礦晶體的生長方式。這種方法產生了一種高度有序的寬禁帶鈣礦（1.67 eV），其眾多晶粒呈（100）"面向上"取向，這是薄膜更具結晶性的標志，能更好地抵抗光和熱引發(fā)的降解，從而改善了光電性能，并增強了在光和熱應力下的穩(wěn)定性。

利用這種新開發(fā)的沉積配方，該團隊實現了首個經過認證的全真空沉積寬禁帶鈣鈦礦太陽能電池性能，在0.25 cm2的器件上，最大功率點跟蹤的功率轉換效率達到了18.35%。根據一份新聞稿，在實驗室中，這些電池實現了19.3%的效率，并且在更具挑戰(zhàn)性的1 cm2電池尺寸上實現了18.5%的效率。

"我們的工作解決了阻礙真空沉積鈣鈦礦發(fā)展的核心材料科學問題，"該論文的第一作者、香港科技大學電子及計算機工程學系博士后研究員申馨怡博士說。"通過設計蒸發(fā)過程來控制晶體取向，我們實現了與最先進的溶液法制備器件相當的熱穩(wěn)定性和光穩(wěn)定性，同時還具備干燥、與工業(yè)兼容的真空技術的所有固有優(yōu)勢。"

耐久性測試

為測試耐久性，該團隊遵循了國際有機光伏穩(wěn)定性峰會（ISOS）的協議。根據一份新聞稿，在嚴格的ISOS-L-2加速老化測試條件下：在空氣中、75 ± 5 °C的溫度下、開路狀態(tài)下運行，使用全光譜、無紫外濾光片的1倍太陽等效光照，封裝后的電池在1080小時后仍保持其峰值性能的80%。

研究人員使用了操作條件下的高光譜成像技術來觀察器件在運行過程中的內部情況。操作條件下的高光譜成像是一種先進的"光譜相機"，可以逐個像素地繪制出工作太陽能電池上的光學信號。

"利用操作條件下的高光譜成像，我們獲得了對器件物理學前所未有的時空認識，并揭示了決定器件壽命延長的主要因素，"香港科技大學電子及計算機工程學系助理教授林彥宏教授說。"我們在微觀尺度上可視化并區(qū)分了鹵化物偏析和陷阱介導的復含過程，直接將這些特征與宏觀器件性能聯系起來。"

研究團隊揭示，高質量的真空沉積鈣鈦礦層對于疊層太陽能電池尤其有價值。在疊層電池中，鈣鈦礦頂電池堆疊在硅底電池上，以捕獲更多太陽光譜。

利用他們改進的薄膜，該團隊在具有微米級紋理的工業(yè)標準硅異質結電池上實現了共形覆蓋，制造出了效率達27.2%的1 cm2鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池。據新聞稿稱，在意大利進行的一項戶外試驗中，他們的全真空沉積疊層電池在實際運行8個月后，仍保持了其初始性能的大約80%，這凸顯了在邁向穩(wěn)定鈣鈦礦/硅疊層電池方面取得的進展。

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