光伏裝置的示意圖。圖片：瑪希隆大學(xué)，科學(xué)報(bào)告，知識共享許可協(xié)議CC BY 4.0

泰國瑪希隆大學(xué)的科學(xué)家們利用基于反溶劑沉積和真空熱退火(VTA)的制造工藝，開發(fā)了用于低光照應(yīng)用的三陽離子鈣鈦礦太陽能電池。

他們說：“VTA導(dǎo)致緊湊、密集和堅(jiān)硬的形態(tài)，同時抑制表面和晶界的陷阱狀態(tài)，而這正是激子損失的重要原因，”他們強(qiáng)調(diào)了第二步對于產(chǎn)生高質(zhì)量鈣鈦礦層的重要性。“由于室內(nèi)光照強(qiáng)度至少比太陽光低300倍，通過真空熱退火誘導(dǎo)形成致密均勻的鈣鈦礦層是有價(jià)值的。”

研究人員通過與壓力可控的真空泵相連，并位于一塊熱板頂部以調(diào)節(jié)溫度的真空燒瓶實(shí)現(xiàn)了該過程。他們使用了一種被稱為FA0.45MA0.49Cs0.06Pb(I0.62Br0.32Cl0.06)3的鈣鈦礦材料，用溴和氯處理后，其能帶隙為1.80eV。

他們用摻氟二氧化錫(FTO)制成的基板、基于錫(IV族)氧化物(SnO2)的電子傳輸層(ETL)、鈣鈦礦吸收劑、由Spiro-OMeTAD制成的空穴傳輸層(HTL)、碳頂電極和另一個FTO層構(gòu)建起電池，其有效面積為0.04 cm2。

在1000lux的室內(nèi)光線下測試，該太陽能電池顯示出27.7%的能量轉(zhuǎn)換效率、0.93 V的開路電壓、0.16 mA/cm2的短路電流，以及32.0%的峰值效率。而未經(jīng)VTA處理的參考裝置的效率為25.5%，開路電壓為0.91V，短路電流為0.16mA/cm2，峰值效率為30.7%。

該小組在談到基于VTA的電池的優(yōu)越性能時說：“VTA導(dǎo)致表面粗糙度降低，以及在體部和表面的電子陷阱。VTA為穩(wěn)健的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)形成打開了大門，并可實(shí)際地適用于各種鈣鈦礦電池組成，以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代社會理想的光電應(yīng)用。” 他們在《科學(xué)報(bào)告》上發(fā)表的《通過真空熱退火形成穩(wěn)健鈣鈦礦層，用于室內(nèi)鈣鈦礦太陽能電池》中介紹了該電池。