在太陽能技術不斷發(fā)展的領域中，鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）因其出色的光電特性而成為一個有前途的競爭者。然而，挑戰(zhàn)在于開發(fā)可商業(yè)化的可擴展制造技術。在一項重大突破中，中南大學物理與電子學院副院長陽軍亮教授所率領的研究團隊引入了一種新型添加劑——甲胺鹽酸鹽（MACl），以調(diào)節(jié)兩步序列刮刀法鈣鈦礦薄膜的晶化和定向。這種創(chuàng)新的方法極大地改善了鈣鈦礦薄膜的質(zhì)量，使其具有令人矚目的23.14%的轉(zhuǎn)換效率（PCE）。

鈣鈦礦太陽能電池的潛力：鈣鈦礦太陽能電池因其高吸收系數(shù)、長載流子擴散長度和低陷阱密度而成為密集研究的對象。這些特性使得PSCs的認證PCE達到25.7%。然而，大多數(shù)高效率的PSCs是通過實驗室規(guī)模的旋涂沉積制備的。雖然這種方法在受控實驗室環(huán)境中被證明是有效的，但對于工業(yè)應用而言，它不具備可擴展性。因此，發(fā)展可擴展的大面積制造技術對于PSCs的商業(yè)化至關重要。

可擴展性的挑戰(zhàn)：PSCs可擴展的兩步序列沉積制造的電池的轉(zhuǎn)換效率遠遠落后于的旋涂法制備的電池。兩步序列沉積工藝涉及有機鹽與鉛鹵化物反應，繞過了鈣鈦礦薄膜在一步過程中不可控的成核過程。然而，中南大學物理與電子學院副院長陽軍亮教授所率領的研究團隊的研究重點就是解決這種性能差異。

甲胺鹽酸鹽（MACl）的作用：該研究團隊引入MACl以調(diào)節(jié)兩步序列刮刀法鈣鈦礦薄膜的晶化和定向。MACl在改善鈣鈦礦薄膜質(zhì)量方面起著關鍵作用。它增加了晶粒尺寸和結(jié)晶度，從而降低了陷阱密度并抑制了非輻射復合。非輻射復合是太陽能電池中的一個重要損耗機制，吸收光能轉(zhuǎn)化為熱能而不是電能。通過抑制非輻射復合，MACl顯著提高了太陽能電池的效率。

此外，MACl促進了鈣鈦礦薄膜(100)面向上的優(yōu)先定向。這種定向更有利于載流子的傳輸和收集，從而顯著提高了填充因子。填充因子是太陽能電池的一個關鍵參數(shù)，代表電池的最大可獲得功率，并指示電池的質(zhì)量。填充因子越高，太陽能電池的效率越高。

令人印象深刻的結(jié)果：引入MACl導致基于ITO/SnO2/FA1-xMAxPb(I1-yBry)3/Spiro-OMeTAD/Ag結(jié)構(gòu)的PSCs取得了23.14%的最佳轉(zhuǎn)換效率和優(yōu)異的長期穩(wěn)定性。該結(jié)構(gòu)是PSCs的常見架構(gòu)，其中ITO/SnO2是電子傳輸層，F(xiàn)A1-xMAxPb(I1-yBry)3是鈣鈦礦吸收層，Spiro-OMeTAD是空穴傳輸層，Ag是電極。該研究團隊還分別實現(xiàn)了1.03 cm2的PSC和10.93 cm2的小型模塊的PCE，分別達到21.20%和17.54%。這些結(jié)果代表了大規(guī)模兩步序列沉積高性能PSCs在實際應用中的重大進展。

研究的影響：中南大學物理與電子學院副院長陽軍亮教授所率領的研究團隊的研究在鈣鈦礦太陽能電池的可擴展制造技術發(fā)展中邁出了重要一步。引入MACl來調(diào)節(jié)鈣鈦礦薄膜的晶化和定向被證明是一個改變游戲規(guī)則的舉措，極大地改善了鈣鈦礦薄膜的質(zhì)量，并顯著提高了轉(zhuǎn)換效率。

此外，該研究團隊采用了Enlitech光焱科技的SS-X太陽光模擬器來測試太陽能電池的性能。SS-X模擬器采用氙氣短弧燈作為寬帶光源，具備A+級別的光譜模擬能力，并提供多種光斑面積選擇，范圍從50mm到220mm。該模擬器具有自動變光強功能，精度高達1%。它還具備可變光譜功能，適用于測試疊層太陽能電池。使用先進的等離子沉積技術制造的AM1.5G濾光片確保光譜精度高，并具有長使用壽命。

SS-X模擬器的*光譜等級使其比其他模擬器更適合表征各種新型太陽能電池，例如低帶隙有機太陽能電池和鈣鈦礦/Si串聯(lián)太陽能電池。SS-X模擬器能夠提供穩(wěn)定且連續(xù)的照射強度，避免由于被測試太陽能電池的響應時間較慢而引起的表征誤差。

兩步刮刀法制備的鈣鈦礦薄膜的表征。

a. 濕態(tài)原始鈣鈦礦薄膜的XRD圖譜。b. 熱退火后的鈣鈦礦薄膜的XRD圖譜。c. 穩(wěn)態(tài)光致發(fā)光（PL）發(fā)射光譜。d. 時間分辨PL衰減曲線。

使用不同MACl比例制備的兩步刮刀法鈣鈦礦薄膜的PSCs的光伏性能和光電特性。

a. 典型PSCs的J-V曲線和相應參數(shù)。b. PSCs的Voc光強依賴關系。c. PSCs的莫特-肖特基圖譜。d. 填充因子限制包括非輻射損耗（藍色區(qū)域）和傳輸損耗（粉色區(qū)域）。e. 鈣鈦礦薄膜的空間電荷限流（SCLC）測量。f. EIS的Nyquist圖譜。

Performance of OAI-modified PSCs and mini-module.

a. J-V曲線。b. 在最大功率點（MPP）測量的穩(wěn)定功率輸出。c. 在約30%相對濕度的環(huán)境條件下，未封裝的OAI改性器件的長期穩(wěn)定性測量。d. 1.03 cm2 PSCs和10.93 cm2 mini-module的J-V曲線。插圖為1.03 cm2 PSCs和10.93 cm2 mini-module的圖片。