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編者按：彩色鈣鈦礦太陽能電池技術已經(jīng)步入成熟階段，人們不再滿足于傳統(tǒng)的電池技術而是大膽設想開發(fā)彩色太陽能電池，利用鈣鈦礦電池廣泛的光學吸收提高電池的使用效率。這一應用具有廣闊的市場前景。

隨著鈣鈦礦太陽能電池(PSCS)技術的不斷成熟，其在光伏建筑一體化和可穿戴器件中的應用前景激發(fā)了人們對于彩色鈣鈦礦太陽能電池的濃厚興趣，人們開始設想開發(fā)彩色太陽能電池以滿足前述應用中的審美需求。但如何將可見光寬波段吸收且具有高吸光系數(shù)的鈣鈦礦材料構筑成高性能的彩色太陽能電池仍是一個挑戰(zhàn)。

鈣鈦礦電池廣泛的光學吸收和較大的吸收系數(shù)通常會導致呈現(xiàn)為深棕色的高效率電池。目前，已有兩種代表性的方法來實現(xiàn)彩色PSC：

(1)帶隙工程;

(2)結構顏色


由于與增大的帶隙相關的光學吸收會減弱，前一種方法通常會導致功率轉換效率(PCE)值顯著降低(通常小于13%)。

后一種方法利用了圖案結構產(chǎn)生的工程光學特性，從而生成明亮和耀眼的結構顏色。盡管在為實現(xiàn)較高效率的彩色PSC電池付出了巨大的努力，但高效彩色PSC電池的結構設計仍然是一個挑戰(zhàn)。

具有顯著光子結構的二維圖案化納米碗陣列先前被用于電子傳輸層(ETL)來制造有效的PSC，但所獲得的PSC僅顯示出暗褐色或深棕色，這可能與鈣鈦礦涂層完全填充納米碗有關。

最近，北京大學科學家李明琦研究小組采用了一種新的策略，通過將均勻的鈣鈦礦薄層精細地沉積到排列的NBS中，在不影響其光子性質的情況下，作為一種結構ETL來制備彩色PSC。

他們成功地將TiO2-Nb陣列用作光子ETL，與CH3NH3PBi3的均勻薄覆蓋層集成，從而實現(xiàn)了高效率的彩色鈣鈦礦太陽能電池。通過Lewis酸堿加合方法制備了一種基于乙酸鉛的新晶體前體薄膜，該方法允許前體薄膜均勻地沉積在TiO2-NBS的內(nèi)壁上，并隨后形成均勻的優(yōu)質鈣鈦礦晶體覆蓋層。

使用納米碗陣列制作的鈣鈦礦太陽能電池繼承了周期結構的光子特性，在光照下呈現(xiàn)出與角度相關的生動色彩(圖2)。


這些彩色PSC表現(xiàn)出顯著的光伏性能，最高效率達16.94%，平均效率為15.47%，高于目前報道的所有彩色PSC。

通過對圖案化納米陣列結構的精細控制和鈣鈦礦薄膜沉積工藝的優(yōu)化，有望進一步提高基于納米碗陣列的彩色PSC的性能。這項研究將為開發(fā)高效彩色鈣鈦礦太陽能電池開辟一條新的途徑，其應用前景廣闊，包括建筑集成光伏。

原標題：彩色高效鈣鈦礦電池效率新突破