鈣鈦礦半導體室內光伏器件檢視原始碼討論檢視歷史

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鈣鈦礦半導體室內光伏器件材料前沿熱點、能源材料。

關鍵詞： 鈣鈦礦光伏；室內光伏；結晶調控；室內缺陷鈍化。

應用領域

光伏發電；室內小功率光電器件無線自供電；物聯網

成果簡介

室內光伏技術在物聯網（IoT）和移動電子產品供電領域擁有巨大的市場潛力，是能源領域實現降本增效的關鍵技術之一。金屬鹵化物鈣鈦礦帶隙易調，可以保證最大感光度與人造光源的光譜完美吻合，是製備室內光伏器件的理想選擇。鈣鈦礦室內光伏器件的核心是鈣鈦礦光吸收層在低照度下的能量轉換過程，其結晶調控、缺陷鈍化與弱光下的光伏響應機制是實現高性能鈣鈦礦室內光伏器件的關鍵。 蘇州大學王照奎教授課題組在鈣鈦礦缺陷鈍化方面，揭示了分子構型影響鈣鈦礦表面缺陷的鈍化機制，發展了鈣鈦礦表面缺陷/體內缺陷/界面缺陷全方位鈍化的新策略【Science (2019, 366, 1509)、Joule (2019, 3, 1464)、Adv. Mater. (2020, 32,2001479)、J. Am. Chem. Soc.（2019，141，13948】。在鈣鈦礦結晶調控方面，提出了光電場調製等鈣鈦礦結晶動力學過程多方位調控的新思路，構建了鈣鈦礦「界面誘導晶化」的物理模型【Adv. Mater. (2019, 31, 1902222; 2019, 31, 1901519)】；在此基礎上，在國內率先開展了鈣鈦礦室內光伏器件的研究，結合鈣鈦礦表面缺陷鈍化策略，實現了40.2％的目前報道的最高光電轉換效率的鈣鈦礦室內1000 lux）光伏器件【Sci. Bulletin (2021, 66, 347)、Adv. Energy Mater. (2018, 8, 1801509)、Adv. Funct. Mater. (2021, 30, 2011242)】。考慮到儘可能避免鈣鈦礦中鉛的毒性所帶來的風險，課題組在全錫基鈣鈦礦（FA0.75 MA0.25SnI2Br）室內光伏器件方面進行了探索性研究，通過兒茶酚（Catechin）鈍化錫基鈣鈦礦的晶界缺陷，實現了12.8%的室內（1000 lux）光電轉換效率（Appl. Phys. Lett. 2021, 118, 023501）。這是迄今為止報道的首個環境友好型鈣鈦礦室內光伏器件。鑑於錫基鈣鈦礦相對較小的毒性、合適的帶隙以及相應器件具有較高的能量轉換效率等優點，其最有希望成為未來室內光伏器件的理想材料選擇。

面對全球能源、氣候危機，發展新能源、節能減排成為世界各國的重大課題。通過鈣鈦礦室內光伏技術，可以利用建築物內部和陰天下的低強度漫射光進行發電。這種電池所用的光源大部分來自透過窗戶照進來的太陽光、白熾燈、熒光燈及LED燈等。如果有高效率的低照度光伏技術來替代目前電子產品中所用的普通電池，給智能家居中的各種小功耗光電器件如傳感器、探測器等提供方便的連續電源供給，用電成本將會降低。同時，可以實現數字化、網絡化、智能化的信息家電物聯網系統，使其功能更加強大，使用更加簡單、方便和實用，實現更高品質的家庭生活和辦公環境。

經濟效益與社會效益

隨着信息技術的快速發展，眾多的新型電子產品進入了人們的生活和工作中。但其電池的更換或有線模式的充電仍然存在着諸多不便。如果有高效率的低照度光伏技術來替代目前電子產品中所用的普通電池，其便攜性會大幅改善，用電成本也會大幅降低。本研究成果，對於面向新型廉價的低照度光伏技術的研究和產業化具有重要的指導意義和經濟價值。