鈣鈦礦太陽能電池以其製備簡單, 成本低和效率高的優勢在新型光伏技術領域迅速崛起. 鈣鈦礦太陽能電池按照器件結構可分為正式和反式兩種結構, 相比於正式結構, 反式結構器件因製備工藝更加簡單, 可低溫成膜, 無明顯回滯效應, 適合與傳統太陽能電池(矽基電池, 銅銦鎵硒等)結合製備疊層器件等優點, 受到學術界和產業界的關注. 但仍然存在開路電壓與理論值差距較大, 光電轉換效率仍然偏低等應用瓶頸.
在納米研究國家重大科學研究計劃的支援下, 北京大學朱瑞研究員, 龔旗煌院士與合作者展開研究, 針對反式結構鈣鈦礦太陽能電池在光電轉換效率上存在的瓶頸, 提出了 '胍鹽輔助二次生長' 方法, 開創性地實現了鈣鈦礦薄膜半導體特性的調控, 顯著降低了器件中非輻射複合的能量損失, 在提升器件開路電壓方面取得了突破, 首次在反式結構器件中獲得了超過1.21V的高開路電壓. 同時, 在不損失光電流和填充因子等性能參數的情況下, 顯著提高了反式結構鈣鈦礦電池的光電轉換效率, 實驗室最高效率達到21.51%. 經中國計量科學研究院認證, 器件的光電轉換效率高達20.90%, 是目前反式結構鈣鈦礦太陽能電池器件效率的最高記錄.
該結果為提升反式鈣鈦礦太陽能電池器件效率, 推進該類新型光伏器件的應用化發展提供了新思路, 可進一步拓展到鈣鈦礦疊層太陽能電池以及鈣鈦礦發光器件中, 具有潛在的應用前景和商業價值. 相關成果6月29日線上發表在《科學》雜誌上.