近日，英國(guó)劍橋大學(xué)的國(guó)際科研團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，采用簡(jiǎn)單的鉀溶液可以提高新一代太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率，將更多的陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為電力。
鈣鈦礦（Perovskite），是一類有著與鈦酸鈣（CaTiO）相同晶體結(jié)構(gòu)的材料。
鹵化物鈣鈦礦由于其優(yōu)異的光電性質(zhì)，能帶連續(xù)可調(diào)，易于制備，成本低廉等一系列優(yōu)勢(shì)，成為新一代光電器件領(lǐng)域的有力競(jìng)爭(zhēng)者。尤其是在太陽(yáng)能電池領(lǐng)域，鈣鈦礦太陽(yáng)電池效率由2009年的3.8%提升到目前的22%以上，只用了不到10年的時(shí)間，不可謂之不迅猛。
鈣鈦礦材料的應(yīng)用前景非常廣，例如光通信、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、太赫茲通信、太陽(yáng)能電池領(lǐng)域。目前，備受關(guān)注和追捧的要屬鈣鈦礦太陽(yáng)能電池。鈣鈦礦太陽(yáng)能電池投入市場(chǎng)以及大規(guī)模應(yīng)用指日可待，并有望引領(lǐng)未來(lái)太陽(yáng)能電池市場(chǎng)的新走向。
韓國(guó)蔚山國(guó)立科技研究所（UNIST）發(fā)明的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池
瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院采用鈣鈦礦材料進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)
盡管如此，就算是目前最好的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中，鈣鈦礦的發(fā)光效率仍遠(yuǎn)低于100%，這為提高鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的效率留下了足夠大的改進(jìn)空間。這主要是因?yàn)?，寄生非輻射損失以及光誘導(dǎo)離子隔離，導(dǎo)致鈣鈦礦發(fā)光效率不高。
鈣鈦礦晶體生成的原子尺度圖像
有鑒如此，英國(guó)劍橋大學(xué)Samuel D. Stranks課題組基于鹵化鉀鈍化策略，極大地提高了鈣鈦礦發(fā)光效率，并相應(yīng)地提升了對(duì)應(yīng)的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的發(fā)光效率。研究結(jié)果發(fā)表于《自然（Nature）》雜志。
在這項(xiàng)研究中，研究人員將碘化鉀添加到鈣鈦礦墨水中，這種墨水可自組裝到薄膜中，改變了鈣鈦礦層的化學(xué)成分。這種技術(shù)兼容卷對(duì)卷制程（roll-to-roll processes），這意味著它是廉價(jià)且可擴(kuò)展的。碘化鉀在鈣鈦礦的頂部形成一個(gè)“裝飾”層，可以修復(fù)缺陷，使得電子運(yùn)動(dòng)得更加自由，同時(shí)也限制了離子的運(yùn)動(dòng)，從而使得材料在期望的能帶隙條件下更加穩(wěn)定。
鈣鈦礦和鉀組成的器件在測(cè)試中顯示出良好的穩(wěn)定性，光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)21.5%，與目前最佳的鈣鈦礦基太陽(yáng)能電池相似，而且接近硅基太陽(yáng)能電池的實(shí)用效率極限（29%）。由兩層鈣鈦礦組成的、具有理想能帶隙的疊層電池的理論效率極限是45%，實(shí)際極限是35%，這兩個(gè)值都高于目前硅的實(shí)際效率極限。