鈣鈦礦太陽能電池以其制備簡單、成本低和效率高的優(yōu)勢在新型光伏技術(shù)領(lǐng)域迅速崛起。鈣鈦礦太陽能電池按照器件結(jié)構(gòu)可分為正式和反式兩種結(jié)構(gòu)，相比于正式結(jié)構(gòu)，反式結(jié)構(gòu)器件因制備工藝更加簡單、可低溫成膜、無明顯回滯效應(yīng)、適合與傳統(tǒng)太陽能電池(硅基電池、銅銦鎵硒等)結(jié)合制備疊層器件等優(yōu)點(diǎn)，受到學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的關(guān)注。但仍然存在開路電壓與理論值差距較大、光電轉(zhuǎn)換效率仍然偏低等應(yīng)用瓶頸。

在納米研究國家重大科學(xué)研究計劃(2015CB932200，鈣鈦礦型太陽電池的基礎(chǔ)研究)的支持下，北京大學(xué)朱瑞研究員、龔旗煌院士與合作者展開研究，針對反式結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽能電池在光電轉(zhuǎn)換效率上存在的瓶頸，提出了“胍鹽輔助二次生長”方法，開創(chuàng)性地實(shí)現(xiàn)了鈣鈦礦薄膜半導(dǎo)體特性的調(diào)控，顯著降低了器件中非輻射復(fù)合的能量損失，在提升器件開路電壓方面取得了突破，首次在反式結(jié)構(gòu)器件中獲得了超過1.21V的高開路電壓(材料帶隙寬度~1.6eV)。同時，在不損失光電流和填充因子等性能參數(shù)的情況下，顯著提高了反式結(jié)構(gòu)鈣鈦礦電池的光電轉(zhuǎn)換效率—實(shí)驗室最高效率達(dá)到21.51%。經(jīng)中國計量科學(xué)研究院認(rèn)證，器件的光電轉(zhuǎn)換效率高達(dá)20.90%，是目前反式結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽能電池器件效率的最高記錄。該結(jié)果為提升反式鈣鈦礦太陽能電池器件效率、推進(jìn)該類新型光伏器件的應(yīng)用化發(fā)展提供了新思路，可進(jìn)一步拓展到鈣鈦礦疊層太陽能電池以及鈣鈦礦發(fā)光器件中，具有潛在的應(yīng)用前景和商業(yè)價值。