近日，香港中文大學(xué)（簡(jiǎn)稱(chēng)“港中大”）電子工程學(xué)系校長(zhǎng)特聘副教授Martin Stolterfoht領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)合作研究，發(fā)現(xiàn)了影響鈣鈦礦太陽(yáng)能電池使用壽命的關(guān)鍵機(jī)制，該研究結(jié)果發(fā)表于《自然—能源》，為改善下一代太陽(yáng)能電池壽命的新策略奠定了基礎(chǔ)。

光伏太陽(yáng)能是最廣泛使用的再生能源之一。目前太陽(yáng)能電池市場(chǎng)以傳統(tǒng)硅基電池為主導(dǎo)，占市場(chǎng)份額逾95%。相比硅基電池，基于鈣鈦礦的太陽(yáng)能電池性能更佳，制造成本更便宜，碳足跡（即制造太陽(yáng)能電池每千瓦小時(shí)所產(chǎn)生的二氧化碳量）也更低，將兩個(gè)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池疊為一體的串聯(lián)太陽(yáng)能電池更被認(rèn)為是下一代的主流技術(shù)。

然而，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的壽命只有短短幾年，比硅基太陽(yáng)能電池落后約一個(gè)量級(jí)，這是實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池大規(guī)模商業(yè)化的一個(gè)最重要的技術(shù)障礙。

過(guò)去十年來(lái)，科學(xué)家一直就導(dǎo)致鈣鈦礦太陽(yáng)能電池退化的機(jī)制進(jìn)行了大量研究，希望能針對(duì)有關(guān)機(jī)制改善電池的使用壽命。以往的研究普遍認(rèn)為，導(dǎo)致鈣鈦礦穩(wěn)定性欠佳的主要原因包括電子缺陷、電極氧化、鈣鈦礦混合電子/離子半導(dǎo)體的性質(zhì)，或在濕氣和氧氣下容易發(fā)生化學(xué)分解。

“我們最近的研究發(fā)現(xiàn)，設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行造成的損耗并不是導(dǎo)致鈣鈦礦太陽(yáng)能電池退化的決定性因素。鈣鈦礦半導(dǎo)體受到外來(lái)刺激時(shí)（如暴露在光照之下），會(huì)產(chǎn)生愈來(lái)愈多的移動(dòng)離子，這些離子會(huì)屏蔽鈣鈦礦中的內(nèi)置電場(chǎng)，反過(guò)來(lái)降低了光生電荷的提取效率，從而減少太陽(yáng)能電池產(chǎn)生的電流。” Stolterfoht表示，研究結(jié)果顯示，離子場(chǎng)屏蔽是鈣鈦礦太陽(yáng)能電池退化的幕后黑手。

研究團(tuán)隊(duì)表示，該研究發(fā)現(xiàn)有望延長(zhǎng)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的穩(wěn)定性，使其保證壽命接近25年的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

“了解導(dǎo)致退化的因素將使我們能夠制定新的策略來(lái)延長(zhǎng)電池壽命，并加快開(kāi)發(fā)穩(wěn)定性更佳的鈣鈦礦串聯(lián)電池。例如，我們可以通過(guò)檢測(cè)到的離子特性，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)電池的使用壽命，這就省卻進(jìn)行耗時(shí)數(shù)周至數(shù)月的穩(wěn)定性測(cè)試，加快開(kāi)發(fā)長(zhǎng)壽鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的速度。” Stolterfoht說(shuō)道。