中國科大徐集賢團(tuán)隊Science：抑制相分離的三鹵化物寬帶隙鈣鈦礦可實(shí)現(xiàn)高效鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池

寬帶隙金屬鹵化物鈣鈦礦是與硅疊層結(jié)合使用的理想半導(dǎo)體，以實(shí)現(xiàn)超過30%的功率轉(zhuǎn)換效率（PCE），同時降低成本。然而，寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池受到光誘導(dǎo)相分離和低開路電壓的基本限制。量子效率（EQE）測試對于驗(yàn)證三重鹵化物寬帶隙鈣鈦礦材料在太陽能電池中應(yīng)用的性能至關(guān)重要。美能量子效率測試儀用于準(zhǔn)確測定鈣鈦礦太陽能電池EQE、IQE、反射率、透射率和短路電流密度等參數(shù)。

三鹵化物鈣鈦礦的光電性能

三重鹵化物鈣鈦礦合金的特性

EQE（量子效率）測量：通過形成含2-5mol%Cl的三鹵化物鈣鈦礦，相對于主體鈣鈦礦，能帶隙得以提高。例如，Cs25Br15與不同含量的MAPbCl?混合后，所形成的薄膜能帶隙從1.63eV連續(xù)提升到>1.67eV，表明了三鹵化物的形成對能帶隙有顯著影響。上圖從多個方面展示了三鹵化物鈣鈦礦電池的特性，包括EQE 測量、SEM 圖像、TOF - SIMS 深度剖面、能帶隙演變曲線以及 XRD 峰的移動與相轉(zhuǎn)變等，這些結(jié)果共同揭示了三鹵化物鈣鈦礦的結(jié)構(gòu)和性能特點(diǎn)以及相分離機(jī)制。

三重鹵化物鈣鈦礦薄膜中電荷載流子遷移率和壽命

三鹵化物鈣鈦礦薄膜中電荷載流子遷移率和壽命的增強(qiáng)

從圖中的時間分辨微波電導(dǎo)率（TRMC）測量結(jié)果可知，1.67-eV的三鹵化物鈣鈦礦薄膜（Cs22Br15+Cl3）與對照薄膜（Cs25Br20）相比，電荷載流子壽命顯著增加。在吸收光子通量約為 1×101? cm?2（接近 1-sun 強(qiáng)度）時，壽命從420ns增加到846ns，約為對照樣品的兩倍。

在不同激發(fā)強(qiáng)度下，三鹵化物鈣鈦礦薄膜的電荷載流子遷移率也有明顯提高。相對于對照雙鹵化物薄膜，三鹵化物薄膜的遷移率近乎翻倍。

三重鹵化物鈣鈦礦材料中光誘導(dǎo)相分離的抑制效果

圖中可見，鈣鈦礦薄膜在光照下出現(xiàn)光致相分離現(xiàn)象，且隨光照強(qiáng)度增加而加劇。三鹵化物鈣鈦礦在光照下表現(xiàn)出較好的光穩(wěn)定性，且在高光照強(qiáng)度下出現(xiàn) PL 光譜藍(lán)移現(xiàn)象。通過對比，直觀地證明了三鹵化物鈣鈦礦對光致相分離具有抑制作用，為其在高效太陽能電池中的應(yīng)用提供了優(yōu)勢。

?效穩(wěn)定的三?化物鈣鈦礦/硅疊層

單結(jié)不透明電池和半透明頂電池的光伏特性

EQE 光譜與光學(xué)性能：不透明電池在較寬的波長范圍內(nèi)具有較高的EQE，而半透明電池在近紅外區(qū)域具有一定的透明度，同時其EQE也能滿足一定的性能要求。

長期穩(wěn)定性測試：1-cm2 的半透明電池和不透明電池在加速條件下（0.77 - sun 光照和 60°C）的長期連續(xù)最大功率點(diǎn)（MPP）跟蹤結(jié)果。半透明電池在N?環(huán)境下經(jīng)過1000 小時的連續(xù)MPP操作后，幾乎沒有降解（<4%），而不透明電池在空氣中經(jīng)過250小時的連續(xù) MPP 操作后，仍能保留90%的初始PCE。

三重鹵化物鈣鈦礦太陽能電池在光伏性能上相較于對照組有顯著提升，包括更高的PCE、更穩(wěn)定的操作以及更好的光穩(wěn)定性。

1-cm2 雙端鈣鈦礦/硅疊層電池的光伏特性

1-cm2 雙端鈣鈦礦/硅串聯(lián)電池的光伏特性

量子效率（EQE）光譜：鈣鈦礦頂電池（藍(lán)色曲線）和硅底電池（紅色曲線）的EQE光譜顯示了兩個子電池在不同波長下的光電轉(zhuǎn)換效率。

EQE光譜表明，鈣鈦礦和硅子電池的光譜響應(yīng)是互補(bǔ)的。鈣鈦礦頂電池在300-500nm和600-900 nm的范圍內(nèi)展現(xiàn)了較高的EQE值，而硅底電池在800-1100 nm的范圍內(nèi)展現(xiàn)了較高的EQE值。

三重鹵化物鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池在提高光電轉(zhuǎn)換效率方面具有顯著潛力。通過優(yōu)化鈣鈦礦頂電池和硅底電池的設(shè)計和制造，可以實(shí)現(xiàn)超過30%的高效率，這對于推動太陽能技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。

美能量子效率測試儀

美能MNPVQE-300量子效率測試儀可以兼容測量所有太陽能電池的光譜響應(yīng)，光譜范圍從300nm-2500nm，可以測量EQE、IQE、反射率、透射率和短路電流密度等參數(shù)，搭配直徑150mm積分球，為讓您的光伏研究進(jìn)展更加順利。

• 兼容所有太陽能電池類型，滿足多種測試需求
• 光譜范圍可達(dá)300-2500nm，并提供特殊化定制

氙燈+鹵素?zé)綦p光源結(jié)構(gòu)，保證光源穩(wěn)定性

通過EQE測試的數(shù)據(jù)和分析，展示了三重鹵化物鈣鈦礦材料在提升太陽能電池性能方面的重要進(jìn)展，研究人員可以調(diào)整材料組分、器件結(jié)構(gòu)和制造工藝，以實(shí)現(xiàn)最佳的光電性能和高效率的疊層太陽能電池。美能量子效率測試儀通過精確模擬自然光譜和利用先進(jìn)的光電技術(shù)，不僅提供高精度的測試結(jié)果，還能適應(yīng)各種復(fù)雜的電池結(jié)構(gòu)。