紀(jì)軍，劉新，黃浩，蔣皓然，段明君，劉本玉，崔鵬，李英峰，李美成

華北電力大學(xué)新能源學(xué)院，新能源電力系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102206

1 引言

隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展和人類對(duì)美好環(huán)境需求的不斷提升，清潔的可再生能源的開發(fā)利用成為新世紀(jì)人類能源供給的發(fā)展方向。太陽(yáng)能是清潔的可再生能源，具有取之不盡，用之不竭的特點(diǎn)，有望成為未來(lái)人類的主導(dǎo)能源。因此，太陽(yáng)能的開發(fā)和利用成為能源領(lǐng)域中的重要研究議題。目前，硅基太陽(yáng)電池占據(jù)著光伏市場(chǎng)的主流。但是，硅基光伏組件經(jīng)過(guò)近些年的快速發(fā)展，成本下降空間和效率提升空間有限。因此，高效、輕便、低成本的薄膜光伏電池的研發(fā)成為光伏領(lǐng)域重要的發(fā)展方向。尤其是有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦薄膜太陽(yáng)電池發(fā)展迅猛，實(shí)驗(yàn)室光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)達(dá)到25.2%1，直追硅基太陽(yáng)電池，被人們寄予厚望。

盡管鈣鈦礦太陽(yáng)電池在光電轉(zhuǎn)化效率方面展現(xiàn)出了極大的優(yōu)勢(shì)，但在實(shí)際應(yīng)用中仍面臨著諸多挑戰(zhàn)。首先，鈣鈦礦吸光材料易與電子傳輸層(例如TiO2，SnO2，ZnO，[6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester等)2–8和空穴傳輸層(例如spiro-OMeTAD，PTAA，NiOx等)9–12發(fā)生光催化反應(yīng)和元素滲透，從而分解失效13–18。其次，電子傳輸層和空穴傳輸層不僅制備工藝相對(duì)復(fù)雜，制備成本較高，也限制了鈣鈦礦薄膜電池在柔性和半透明方向的應(yīng)用19–22。因此，研究開發(fā)無(wú)載流子傳輸層的新型結(jié)構(gòu)鈣鈦礦同質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池，對(duì)于提高鈣鈦礦電池的工作穩(wěn)定性，簡(jiǎn)化電池結(jié)構(gòu)，降低成本，拓寬應(yīng)用領(lǐng)域具有重要的科學(xué)意義和實(shí)用價(jià)值。

鈣鈦礦薄膜的p型和n型摻雜是設(shè)計(jì)與構(gòu)建鈣鈦礦同質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池的基礎(chǔ)。一方面，鈣鈦礦材料具有獨(dú)特的自摻雜效應(yīng)。通過(guò)控制鈣鈦礦前驅(qū)體溶液的成分比例和退火過(guò)程，可以有效調(diào)控鈣鈦礦薄膜的導(dǎo)電類型，薄膜中非平衡載流子濃度的調(diào)控幅度高達(dá)6個(gè)數(shù)量級(jí)23–26。另一方面，利用極性材料對(duì)鈣鈦礦薄膜進(jìn)行界面修飾或在薄膜中引入外源摻雜元素，也可以實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦材料的局域摻雜或體相摻雜，調(diào)節(jié)薄膜的p/n導(dǎo)電類型27–29。基于p型和n型鈣鈦礦吸光薄膜的制備工藝，結(jié)合薄膜雙沉積技術(shù)30，可以構(gòu)建出鈣鈦礦同質(zhì)結(jié)，進(jìn)而建立內(nèi)建電場(chǎng)。內(nèi)建電場(chǎng)不僅能夠促進(jìn)載流子的分離，減少載流子的復(fù)合；而且能夠?qū)崿F(xiàn)鈣鈦礦薄膜中的光生載流子在無(wú)傳輸層的條件下的定向傳輸與導(dǎo)出。

相比于傳統(tǒng)p-i-n型鈣鈦礦太陽(yáng)電池，鈣鈦礦同質(zhì)結(jié)電池仍處于起步階段。如何提高鈣鈦礦薄膜的摻雜上限，實(shí)現(xiàn)自摻雜薄膜的可控制備，抑制同質(zhì)結(jié)兩側(cè)摻雜缺陷的互擴(kuò)散，開發(fā)鈣鈦礦同質(zhì)結(jié)的有效表征手段是將來(lái)研究工作的重點(diǎn)內(nèi)容。本文綜述了鈣鈦礦材料摻雜特性和鈣鈦礦同質(zhì)結(jié)的研究進(jìn)展，詳細(xì)論述了鈣鈦礦同質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，討論了鈣鈦礦同質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池的研發(fā)重點(diǎn)和應(yīng)用前景，為進(jìn)一步優(yōu)化電池結(jié)構(gòu)，打破應(yīng)用壁壘，實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦電池的實(shí)用化普及提供參考。

2 鈣鈦礦薄膜的p/n特性摻雜

鈣鈦礦材料可以通過(guò)控制薄膜生長(zhǎng)條件，例如退火處理的溫度24和時(shí)間31，輻照強(qiáng)度32，前驅(qū)體成分比例23,33等，實(shí)現(xiàn)p型或n型自摻雜。在薄膜生長(zhǎng)過(guò)程中，隨著退火溫度的提升，鈣鈦礦薄膜的費(fèi)米能級(jí)位置升高，幅度可達(dá)0.47 eV(圖1a)24?；魻枩y(cè)試證明，鈣鈦礦薄膜中非平衡載流子(電子)濃度顯著增加(圖1b)24，這表明鈣鈦礦薄膜的摻雜特性向n型轉(zhuǎn)變。隨著退火時(shí)間的延長(zhǎng)，鈣鈦礦中的MA+含量減少，晶體的電子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化33，鈣鈦礦薄膜向n型轉(zhuǎn)變，費(fèi)米能級(jí)向上偏移約0.5 eV (圖1c)31。此外，通過(guò)調(diào)節(jié)前驅(qū)物中甲基碘化銨(MAI)和碘化鉛(PbI2)的相對(duì)含量，可以實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦薄膜n型摻雜和p型摻雜的調(diào)控。其中n型鈣鈦礦薄膜中的多數(shù)載流子(電子)濃度可以達(dá)到3.5 × 1018cm?3，p型鈣鈦礦薄膜中的多數(shù)載流子濃度可以達(dá)到4.0 ×1016cm?3(圖1d)23。

圖1 鈣鈦礦材料自摻雜機(jī)制Fig.1 Self-doping mechanism of perovskite materials.

有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦材料中的點(diǎn)缺陷是其自摻雜效應(yīng)的根源。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，在鈣鈦礦(CH3NH3PbI3)材料中，存在大量點(diǎn)缺陷，包括三種空位點(diǎn)缺陷(VMA、VPb、VI)，三種填隙缺陷(MAi、Pbi、Ii)，兩種替位缺陷(MAPb、PbMA)和四種反替位缺陷(MAI、PbI、IMA、IPb)。有相關(guān)研究工作對(duì)鈣鈦礦材料中常見點(diǎn)缺陷的形成能進(jìn)行了模擬計(jì)算(圖1e)34。發(fā)現(xiàn)只有碘填隙原子(Ii)，甲氨基填隙離子(MAi)，甲氨基空位(VMA)，鉛空位(VPb)，甲氨基替位基團(tuán)(MAPb)，鉛替位原子(PbMA)和碘空位(VI)的形成能較低，容易出現(xiàn)在鈣鈦礦體相中。其中，VI，MAi和MAPb會(huì)導(dǎo)致鈣鈦礦薄膜向n型摻雜轉(zhuǎn)變，而VPb和PbMA會(huì)促使鈣鈦礦薄膜向p型摻雜轉(zhuǎn)變(圖1f)23。在鈣鈦礦晶格體系中，具有高電離度的MA+離子與鈣鈦礦無(wú)機(jī)框架不存在鍵合作用，僅起到支撐晶格的作用，并向體系提供一個(gè)電子，達(dá)到電學(xué)平衡。當(dāng)體系中的MA+成為填隙缺陷時(shí)，會(huì)作為施主雜質(zhì)，向體系提供非平衡電子，使得鈣鈦礦薄膜向n型轉(zhuǎn)變。鈣鈦礦晶格中，I 5p軌道能夠與Pb的外層sp雜化軌道電子形成離子鍵，構(gòu)成3D Pb-I晶格架構(gòu)。碘原子的缺失使得Pb外層電子游離于晶格當(dāng)中，形成大量非平衡電子，鈣鈦礦薄膜呈現(xiàn)n型摻雜。相反，Pb原子的缺失，使得未被占據(jù)的I 5p軌道成為受主能級(jí)，VPb作為受主雜質(zhì)使得鈣鈦礦薄膜呈現(xiàn)p型摻雜。

外源材料的引入也能引起鈣鈦礦薄膜p/n導(dǎo)電類型的變化。研究表明，CH3NH3PbI3鈣鈦礦材料可以通過(guò)引入第一主族(IA)，第一副族(IB)和第六主族(VIA)的元素進(jìn)行p/n特性的調(diào)控35。一方面，在富I或者貧Pb的條件下，Na、K、Rb、Cu和O元素的引入(以替位原子或填隙原子形式存在)，能夠形成受主雜質(zhì)，使鈣鈦礦薄膜的費(fèi)米能級(jí)下移(圖2a，b)35，實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦材料的p型轉(zhuǎn)變。另一方面，用Sb或Sn元素對(duì)鈣鈦礦中的金屬元素Pb進(jìn)行部分取代29,36，或者用Cl元素對(duì)鈣鈦礦中的鹵族元素I進(jìn)行部分取代(圖2c)37，可以實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦薄膜的n型轉(zhuǎn)變。此外，用聚乙氧基乙烯亞胺(polyethylenimine ethoxylated，PEIE)對(duì)鈣鈦礦表面進(jìn)行修飾，可以吸引鈣鈦礦中的自由電子向表面?zhèn)染奂?，形成局域n型摻雜效應(yīng)(圖2d)27。

圖2 鈣鈦礦材料的外源摻雜機(jī)制Fig.2 Exogenous doping mechanism of perovskite materials.

3 鈣鈦礦同質(zhì)結(jié)的物理機(jī)制及制備工藝

摻有施主雜質(zhì)(VI，MAi等)的n型鈣鈦礦半導(dǎo)體薄膜和摻有受主雜質(zhì)(VPb，VMA等)的p型鈣鈦礦半導(dǎo)體薄膜相互接觸，會(huì)在接觸面形成具有整流特性的p-n結(jié)38。由光學(xué)帶隙相同的同種鈣鈦礦材料構(gòu)成的p-n結(jié)，稱為鈣鈦礦同質(zhì)結(jié)。本節(jié)將重點(diǎn)討論鈣鈦礦p-n同質(zhì)結(jié)形成的物理過(guò)程及其基本物理特性。

p型和n型鈣鈦礦半導(dǎo)體有獨(dú)立的費(fèi)米能級(jí)(圖3a)。p型鈣鈦礦材料的多數(shù)載流子為空穴，n型鈣鈦礦材料的多數(shù)載流子為電子。當(dāng)p型鈣鈦礦與n型鈣鈦礦相互接觸時(shí)，在接觸界面產(chǎn)生電子和空穴的濃度差。在此濃度差的驅(qū)動(dòng)下，p型鈣鈦礦中的空穴向n型鈣鈦礦中擴(kuò)散，在p區(qū)留下帶負(fù)電荷的受主雜質(zhì)，形成負(fù)的空間電荷區(qū)。同時(shí)，n型鈣鈦礦中的電子向p型鈣鈦礦中擴(kuò)散，在n區(qū)留下帶正電荷的施主雜質(zhì)，形成正的空間電荷區(qū)。正負(fù)電荷區(qū)存在電勢(shì)差，形成從n區(qū)指向p區(qū)的電場(chǎng)F。在該電場(chǎng)的作用下，電子沿逆電場(chǎng)方向漂移，空穴沿電場(chǎng)方向漂移，形成由n區(qū)到p區(qū)的漂移電流，與擴(kuò)散電流方向相反。隨著電荷的擴(kuò)散，電場(chǎng)F逐漸增強(qiáng)，漂移電流也逐漸增大。當(dāng)漂移電流與擴(kuò)散電流達(dá)到平衡時(shí)，電場(chǎng)F不再增強(qiáng)，最終空間電荷區(qū)內(nèi)建立一個(gè)平衡電場(chǎng)F，稱為內(nèi)建電場(chǎng)(圖3b)。與此同時(shí)，兩側(cè)鈣鈦礦的費(fèi)米能級(jí)被拉平。在能帶示意圖3b中，為方便表示，p區(qū)空穴準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)EFp隨能帶一起上移，n區(qū)電子準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)隨EFn一起下移。當(dāng)鈣鈦礦層足夠厚時(shí)，遠(yuǎn)離接觸界面的部分基本不受載流子擴(kuò)散和漂移的影響，近似于沒有空間電荷的電中性區(qū)。當(dāng)摻雜特性不同的兩層鈣鈦礦薄膜相互接觸時(shí)，將在接觸界面附近形成空間電荷區(qū)和遠(yuǎn)離接觸面的兩側(cè)電中性區(qū)，這三部分共同構(gòu)成鈣鈦礦同質(zhì)p-n結(jié)，簡(jiǎn)稱鈣鈦礦同質(zhì)結(jié)。

圖3 鈣鈦礦p-n同質(zhì)結(jié)Fig.3 Perovskite p-n homojunction.

鈣鈦礦同質(zhì)結(jié)的內(nèi)建電場(chǎng)對(duì)應(yīng)準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)EFp和EFn的移動(dòng)，內(nèi)建電場(chǎng)兩側(cè)存在電勢(shì)差VD。pn結(jié)兩端的電勢(shì)能差qVD，可以寫為：

其中，q是單位電荷量，在準(zhǔn)中性區(qū)，電子和空穴的熱平衡濃度為：

其中，nn，np分別表示n型鈣鈦礦中電子的熱平衡濃度和p型鈣鈦礦中空穴的熱平衡濃度，ni表示鈣鈦礦中的本征載流子濃度，Ei表示鈣鈦礦的本征費(fèi)米能級(jí)，kB玻爾茲曼常數(shù)，T表示開爾文溫度，則p-n結(jié)兩側(cè)勢(shì)壘高度，即電勢(shì)差VD可寫成：

由此可見，勢(shì)壘高度是由摻雜濃度，即多數(shù)載流子濃度決定的(鈣鈦礦中一個(gè)受主/施主雜質(zhì)僅提供一個(gè)非平衡載流子)。在鈣鈦礦同質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池中，p-n結(jié)勢(shì)壘高度對(duì)電池性能具有重要的影響。一方面勢(shì)壘高度的增加，能夠提高載流子的分離效率，減小載流子注入濃度，有利于提高開路電壓；另一方面勢(shì)壘高度的增加意味著摻雜濃度的提升，會(huì)減小載流子的擴(kuò)散自由程，降低開路電壓。所以p-n結(jié)的勢(shì)壘高度對(duì)光伏電池來(lái)說(shuō)有一個(gè)最優(yōu)值。通過(guò)對(duì)最優(yōu)勢(shì)壘高度的計(jì)算，可以指導(dǎo)鈣鈦礦摻雜濃度的調(diào)節(jié)。

在鈣鈦礦p-n結(jié)中，空間電荷區(qū)兩側(cè)的寬度與其摻雜濃度的積是常數(shù)，即保持電中性之意。 空間電荷區(qū)主要分布在低摻雜區(qū)。在受主雜質(zhì)/施主雜質(zhì)完全離化且只提供一個(gè)非平衡載流子的情況下，鈣鈦礦材料的摻雜濃度與非平衡載流子濃度相等。即：

其中，xn、xp分別代表n型側(cè)和p型側(cè)空間電荷區(qū)寬度，NA、ND分別代表施主雜質(zhì)和受主雜質(zhì)的摻雜濃度，在熱平衡條件下，空間電荷區(qū)總寬度可寫成：

其中，ε0，εS分別為真空介電常數(shù)與鈣鈦礦半導(dǎo)體介電常數(shù)。鈣鈦礦p-n結(jié)中空間電荷區(qū)是實(shí)現(xiàn)載流子分離和定向輸運(yùn)的有效區(qū)間，空間電荷區(qū)的寬度影響著光伏器件的電流輸出?？臻g電荷區(qū)寬度的計(jì)算對(duì)不同摻雜類型鈣鈦礦層的厚度設(shè)計(jì)有著重要的指導(dǎo)意義。

通過(guò)薄膜雙沉積工藝，可以成功制備鈣鈦礦p-n同質(zhì)結(jié)?；阝}鈦礦薄膜組分調(diào)控和退火處理，利用一步旋涂法和蒸發(fā)沉積工藝，可以在n型摻雜的鈣鈦礦薄膜上沉積一層p型摻雜的鈣鈦礦薄膜，形成同質(zhì)p-n結(jié)30。鈣鈦礦同質(zhì)結(jié)的內(nèi)建電場(chǎng)，可以實(shí)現(xiàn)載流子的定向傳輸，減少內(nèi)部復(fù)合(圖3c)。原子力顯微鏡形貌圖表明，雙沉積工藝可以制備出平整均勻的雙層鈣鈦礦薄膜，且界面接觸緊密(圖3d)。開爾文原子力顯微鏡在不同偏壓下對(duì)鈣鈦礦電池進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)鈦礦層中由p區(qū)向n區(qū)方向電勢(shì)會(huì)發(fā)生不同程度的降低，由此推導(dǎo)出在p-n兩側(cè)的接觸區(qū)域，存在一個(gè)內(nèi)建電場(chǎng)(圖2e–g)。這表明n型和p型鈣鈦礦層的相互接觸能夠形成有效的p-n同質(zhì)結(jié)。這為新型鈣鈦礦同質(zhì)結(jié)電池奠定了理論基礎(chǔ)和實(shí)踐基礎(chǔ)。

在鈣鈦礦同質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池中，p-n結(jié)是實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。鈣鈦礦同質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池的發(fā)展，需要對(duì)鈣鈦礦p-n同質(zhì)結(jié)的電場(chǎng)、電勢(shì)與載流子分布、載流子輸運(yùn)方程和伏安特性等物理特性進(jìn)行更深入的研究。

4 鈣鈦礦同質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池基本原理

傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦太陽(yáng)電池依靠?jī)啥说妮d流子傳輸層對(duì)光生載流子進(jìn)行選擇性抽取，將電子和空穴進(jìn)行分離和傳輸，使得電子和空穴分別在電池兩極聚集，產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。鈣鈦礦同質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池，則利用p-n結(jié)的光生伏特效應(yīng)，通過(guò)內(nèi)建電場(chǎng)實(shí)現(xiàn)光生載流子的分離和傳輸，進(jìn)而完成光電轉(zhuǎn)化過(guò)程。

鈣鈦礦同質(zhì)結(jié)在光照下能夠產(chǎn)生光生伏特效應(yīng)。當(dāng)光照射到鈣鈦礦材料，能量大于禁帶寬度的光子被鈣鈦礦吸收，激發(fā)價(jià)帶電子，產(chǎn)生可自由移動(dòng)的電子和空穴。光生電子和空穴在內(nèi)建電場(chǎng)的作用下分別向兩側(cè)漂移。光生空穴沿電場(chǎng)方向向p區(qū)漂移，光生電子則逆電場(chǎng)方向向n區(qū)漂移，產(chǎn)生自n區(qū)向p區(qū)的光生電流。光生載流子在電池兩端堆積形成一個(gè)與內(nèi)建電場(chǎng)方向相反的電場(chǎng)–qV，在該電場(chǎng)的作用下，產(chǎn)生與光生電流方向相反的正向結(jié)電流，當(dāng)兩側(cè)電流相等時(shí)，–qV趨于穩(wěn)定，在p-n結(jié)兩端建立起穩(wěn)定的電勢(shì)差，即光生電壓。此時(shí)，若p-n結(jié)處于開路狀態(tài)，光生電壓qV即為開路電壓。若外電路處于短路狀態(tài)，qV = 0，正向結(jié)電流為零，外電路電流即為短路電流，也就是理想情況下的光電流38。

基于鈣鈦礦同質(zhì)結(jié)的光生伏特效應(yīng)，光生電子和空穴可以在內(nèi)建電場(chǎng)力的驅(qū)動(dòng)下分別向電池兩端漂移、積累，形成光生電場(chǎng)，產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)(圖4a)。再經(jīng)由電極的集流和傳輸，向外電路輸出電能，完成鈣鈦礦同質(zhì)結(jié)電池的光電轉(zhuǎn)換過(guò)程(圖4b)。

圖4 鈣鈦礦太陽(yáng)電池基本原理Fig.4 Basic principles of perovskite solar cells.

5 總結(jié)與展望

鈣鈦礦同質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池摒棄傳統(tǒng)的電子傳輸層和空穴傳輸層，簡(jiǎn)化了電池結(jié)構(gòu)，降低了電池成本。同時(shí)，消除了載流子傳輸層光催化侵蝕與元素滲透帶來(lái)的鈣鈦礦材料降解問(wèn)題，有利于提高器件的工作穩(wěn)定性，對(duì)鈣鈦礦太陽(yáng)電池的實(shí)用化進(jìn)程起到了積極的推動(dòng)作用。此外，沒有了載流子傳輸層帶來(lái)的束縛，鈣鈦礦太陽(yáng)電池有望在柔性和半透明組件領(lǐng)域大放異彩，有利于鈣鈦礦電池組件與建筑的一體化融合，拓寬了組件的應(yīng)用場(chǎng)景，為進(jìn)一步推動(dòng)太陽(yáng)能的分布式利用，緩解能源緊缺問(wèn)題，提供更先進(jìn)的技術(shù)支持。其獨(dú)特的鈣鈦礦同質(zhì)p-n結(jié)結(jié)構(gòu)，也有望在發(fā)光元件、光電探測(cè)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。但鈣鈦礦同質(zhì)結(jié)電池的研發(fā)仍處于起步階段，尚有許多制約其效率和穩(wěn)定性提升，以及規(guī)模量產(chǎn)的技術(shù)問(wèn)題亟待解決。

我們認(rèn)為，將來(lái)鈣鈦礦同質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池的研究可主要從三方面展開。第一，須進(jìn)一步提高鈣鈦礦材料的摻雜濃度。鈣鈦礦材料的自摻雜特性是其特有的核心優(yōu)勢(shì)之一，進(jìn)一步研究鈣鈦礦材料自摻雜現(xiàn)象的物理根源，模擬計(jì)算鈣鈦礦自摻雜濃度的物理極限及其最優(yōu)值，設(shè)計(jì)研發(fā)更加精準(zhǔn)可控的自摻雜工藝，實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦高濃度穩(wěn)定自摻雜。同時(shí)，研究適用于鈣鈦礦材料的外源摻雜材料和工藝，為實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦同質(zhì)結(jié)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供技術(shù)基礎(chǔ)。第二，深入研究鈣鈦礦同質(zhì)結(jié)的穩(wěn)定性。鈣鈦礦材料具有較高的離子遷移率，這使得鈣鈦礦材料的自摻雜效應(yīng)存在消退風(fēng)險(xiǎn)。摻雜特性相反的點(diǎn)缺陷的遷移和鈍化，可能會(huì)降低鈣鈦礦材料的摻雜濃度，減弱鈣鈦礦p-n結(jié)對(duì)光生載流子的分離作用。因此，開發(fā)抑制離子遷移的相關(guān)技術(shù)是解決鈣鈦礦同質(zhì)結(jié)電池工作穩(wěn)定性的重要研究?jī)?nèi)容。第三，開發(fā)鈣鈦礦同質(zhì)p-n結(jié)大面積制備技術(shù)，挖掘鈣鈦礦薄膜的保型轉(zhuǎn)移、鈣鈦礦層的淺表?yè)诫s等先進(jìn)技術(shù)在制備大面積鈣鈦礦p-n同質(zhì)結(jié)方面的應(yīng)用潛力，是實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦同質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池工業(yè)化生產(chǎn)的重要研究方向。

本文圍繞鈣鈦礦同質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池，綜述了鈣鈦礦材料摻雜特性調(diào)控的研究進(jìn)展，討論了鈣鈦礦同質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池的基本原理，并對(duì)其潛在的技術(shù)難點(diǎn)和應(yīng)用前景進(jìn)行了總結(jié)和展望。鈣鈦礦薄膜導(dǎo)電特性的摻雜調(diào)控技術(shù)相對(duì)比較成熟，且鈣鈦礦同質(zhì)結(jié)在前期研究中被成功制備，鈣鈦礦同質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池具有可靠的理論和技術(shù)基礎(chǔ)，有望成為鈣鈦礦電池領(lǐng)域的新星。