無鉛硫族鈣鈦礦ABSe₃：高效太陽能電池的新希望

鉛鹵化物鈣鈦礦在太陽能電池領域已達到高達26.1%的功率轉換效率（PCE），但其對濕氣和熱的不穩定性，以及毒性問題，限制了其商業應用。為解決這些挑戰，我們探索了硫族鈣鈦礦，特別是ABSe₃（其中A = Ca, Ba，B = Zr, Hf），作為極具潛力的替代材料。這些材料展現出優異的光電特性、卓越的熱穩定性和結構穩定性，以及無毒的組成，使其成為高效、無鉛太陽能電池的理想候選者。現在的問題是，它們能否超越傳統鈣鈦礦的效率，重新定義太陽能的未來？

首次由墨西哥克雷塔羅自治大學的研究團隊，我們研究了CaZrSe₃、BaZrSe₃、CaHfSe₃和BaHfSe₃作為太陽能電池吸收層的整合效果。我們使用根特大學Mark Burgelman開發的一維太陽能電池電容模擬器（SCAPS-1D）來優化其性能。這項模擬讓我們能夠在真實條件下分析這些材料的行為。

在我們發表於《Scientific Reports》的研究中，通過精細調整關鍵參數如載流子濃度、缺陷密度和吸收層厚度，我們顯著提升了設備效率，並確保了實際應用的可行性。我們的方法改善了光吸收、增加了對復合的抵抗力、增強了內建電勢，並最小化了非輻射復合和電荷轉移阻力。此外，我們仔細的優化增強了各層之間的能帶對齊，改善了界面特性，從而顯著提高了PCE。

我們的模擬顯示，使用CaZrSe₃和BaZrSe₃的太陽能電池可能超過30%的PCE，這是一個相較於傳統吸收材料的重大飛躍。這些改進歸因於增強了短路電流密度、增加了準費米能級分裂、更高的載流子生成率、提升的電場強度以及更大的量子效率測量，所有這些因素都促成了卓越的效率。

我們的研究標誌著開發無鉛、高性能太陽能吸收材料的關鍵一步。作為我們持續努力的一部分，我們旨在進一步精煉這些材料，確保它們不僅高效，而且可擴展且成本效益高。通過優化硫族鈣鈦礦在光伏應用中的表現，我們為可持續太陽能技術的進步做出了貢獻。

除了效率的提升，這些材料的整合還有潛力降低生產成本、增強長期操作穩定性，並提供比傳統鈣鈦礦太陽能電池更安全的替代方案。隨著持續的實驗驗證和進一步的材料優化，硫族鈣鈦礦可能很快將革命化再生能源領域，為一個由清潔、可靠且環保的太陽能技術驅動的未來鋪平道路。

本故事是Science X Dialog的一部分，研究人員可以在這裡報告他們發表的研究文章中的發現。訪問此頁面以了解關於Science X Dialog以及如何參與的資訊。