在太陽能技術不斷發展的領域中，鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）因其出色的光電特性而成為一個有前途的競爭者。然而，挑戰在於開發可商業化的可擴展製造技術。在一項重大突破中，中南大學物理與電子學院副院長楊軍亮教授所領導的研究團隊引入了一種新型添加劑－甲胺鹽酸鹽（MACl），以調節兩步序列刮刀法鈣鈦礦薄膜的晶化和定向。這種創新的方法極大地改善了鈣鈦礦薄膜的質量，使其具有令人矚目的 23.14% 轉換效率（PCE）。

鈣鈦礦太陽能電池的潛力：
鈣鈦礦太陽能電池因其高吸收係數、長載流子擴散長度和低陷阱密度而成為密集研究的對象。這些特性使得 PSCs 的認證PCE達到25.7%。然而，大多數高效率的 PSCs是通過實驗室規模的旋轉塗佈製備的。雖然這種方法在受控實驗室環境中被證明是有效的，但對於工業應用而言，它不具備可擴展性。因此，發展可擴展的大面積製造技術對於 PSCs 的商業化至關重要。

可擴展性的挑戰：
PSCs可擴展的兩步序列沉積製造的電池的轉換效率遠遠落後於最先進的旋轉塗佈法製備的電池。兩步序列沉積工藝涉及有機鹽與鉛卤化物反應，繞過了鈣鈦礦薄膜在一步過程中不可控的成核過程。然而，中南大學物理與電子學院副院長楊軍亮教授所領導的研究團隊的研究重點就是解決這種性能差異。

甲胺鹽酸鹽（MACl）的作用：
該研究團隊引入 MACl 以調節兩步序列刮刀法鈣鈦礦薄膜的晶化和定向。MACl 在改善鈣鈦礦薄膜質量方面起著關鍵作用。它增加了晶粒尺寸和結晶度，從而降低了陷阱密度並抑制了非輻射復合。非輻射復合是太陽能電池中的一個重要損失機制，吸收光能轉化為熱能而不是電能。通過抑制非輻射復合，MACl 顯著提高了太陽能電池的效率。

此外，MACl 促進了鈣鈦礦薄膜（100）面向上的優先定向。這種定向更有利於載流子的傳輸和收集，從而顯著提高了填充因子。填充因子是太陽能電池的一個關鍵參數，代表電池的最大可獲得功率，並指示電池的質量。填充因子越高，太陽能電池的效率越高。

令人印象深刻的結果：
引入 MACl 導致基於ITO/SnO2/FA1-xMAxPb（I1-yBry）3/Spiro-OMeTAD/Ag結構的PSCs取得了23.14%的最佳轉換效率和優異的長期穩定性。該結構是PSCs的常見架構，其中ITO/SnO2是電子傳輸層，FA1-xMAxPb（I1-yBry）3是鈣鈦礦吸收層，Spiro-OMeTAD是空穴傳輸層，Ag是電極。研究團隊還分別實現了1.03 cm2 的PSC和10.93 cm2的小型模塊的卓越PCE，分別達到21.20%和17.54%。這些結果代表了大型兩步序列沉積高性能PSCs在實際應用中的重大進展。

研究的影響：
中南大學物理與電子學院副院長楊軍亮教授所領導的研究團隊的研究在鈣鈦礦太陽能電池的可擴展製造技術發展中跨出了重要一步。引入 MACl 來調節鈣鈦礦薄膜的晶化和定向被證明是一個改變遊戲規則的舉措，極大地改善了鈣鈦礦薄膜的質量，並顯著提高了轉換效率。

此外，研究團隊使用了Enlitech公司的SS-X太陽光模擬器來測試太陽能電池的性能。SS-X模擬器採用氙氣短弧燈作為寬頻光源，具有A+級別的光譜匹配能力，並提供多種光斑尺寸選擇，範圍從50mm到220mm。該模擬器具有獨家專利的自動變光強功能，精度高達1%。它還具有可變光譜功能，適用於測試層疊太陽能電池。使用先進的等離子沉積技術制造的AM1.5G濾光片確保光譜精度高，並具有長使用壽命。

SS-X模擬器優越的光譜精度使其比其他模擬器更適合表徵各種新型太陽能電池，例如低帶隙有機太陽能電池和鈣鈦礦/Si串聯太陽能電池。SS-X模擬器能夠提供穩定且連續的照射強度，避免因被測試太陽能電池的反應時間較慢而引起的表徵誤差。