近日，香港中文大學（簡稱“港中大”）電子工程學系校長特聘副教授Martin Stolterfoht領導的一項合作研究，發現了影響鈣鈦礦太陽能電池使用壽命的關鍵機制，該研究結果發表于《自然—能源》，為改善下一代太陽能電池壽命的新策略奠定了基礎。
光伏太陽能是最廣泛使用的再生能源之一。目前太陽能電池市場以傳統硅基電池為主導，占市場份額逾95%。相比硅基電池，基于鈣鈦礦的太陽能電池性能更佳，制造成本更便宜，碳足跡（即制造太陽能電池每千瓦小時所產生的二氧化碳量）也更低，將兩個鈣鈦礦太陽能電池疊為一體的串聯太陽能電池更被認為是下一代的主流技術。
然而，鈣鈦礦太陽能電池的壽命只有短短幾年，比硅基太陽能電池落后約一個量級，這是實現鈣鈦礦太陽能電池大規模商業化的一個最重要的技術障礙。
過去十年來，科學家一直就導致鈣鈦礦太陽能電池退化的機制進行了大量研究，希望能針對有關機制改善電池的使用壽命。以往的研究普遍認為，導致鈣鈦礦穩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/離子半導體的性質，或在濕氣和氧氣下容易發生化學分解。
“我們最近的研究發現，設備長時間運行造成的損耗并不是導致鈣鈦礦太陽能電池退化的決定性因素。鈣鈦礦半導體受到外來刺激時（如暴露在光照之下），會產生愈來愈多的移動離子，這些離子會屏蔽鈣鈦礦中的內置電場，反過來降低了光生電荷的提取效率，從而減少太陽能電池產生的電流。” Stolterfoht表示，研究結果顯示，離子場屏蔽是鈣鈦礦太陽能電池退化的幕后黑手。
研究團隊表示，該研究發現有望延長鈣鈦礦太陽能電池的穩定性，使其保證壽命接近25年的工業標準。
“了解導致退化的因素將使我們能夠制定新的策略來延長電池壽命，并加快開發穩定性更佳的鈣鈦礦串聯電池。例如，我們可以通過檢測到的離子特性，準確預測電池的使用壽命，這就省卻進行耗時數周至數月的穩定性測試，加快開發長壽鈣鈦礦太陽能電池的速度。” Stolterfoht說道。
相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41560-024-01487-w
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