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鈣鈦礦太陽(yáng)能電池制備工藝簡(jiǎn)單，成本低廉。近年來(lái)，該類(lèi)太陽(yáng)能電池因其快速增長(zhǎng)的光電轉(zhuǎn)換效率和逐步提升的器件穩(wěn)定性，吸引了學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注，為光伏領(lǐng)域帶來(lái)了新的機(jī)遇。然而，由于鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中存在非輻射復(fù)合損失，所以目前的光電轉(zhuǎn)換效率依然低于肖克利-奎塞爾（Shockley-Queisser）理論所定義的極限效率。因此，最大化降低鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的非輻射復(fù)合損失是進(jìn)一步提升電池器件效率的未來(lái)研究重點(diǎn)。 鑒于此，研究團(tuán)隊(duì)基于已有的研究基礎(chǔ)，對(duì)“最大化降低鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的非輻射復(fù)合損失”這一論題進(jìn)行深入探討和系統(tǒng)總結(jié)。該綜述文章主要包括以下幾個(gè)方面：首先，介紹了鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中非輻射復(fù)合的起源，并詳細(xì)討論了非輻射復(fù)合損失的定量化測(cè)試方法；其次，系統(tǒng)總結(jié)了在降低非輻射復(fù)合損失方面的最近研究進(jìn)展；再次，依據(jù)肖克利-奎塞爾理論，對(duì)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池所能夠獲得的最高光電轉(zhuǎn)換效率進(jìn)行了科學(xué)預(yù)測(cè)；最后，在展望部分，前瞻性地指出了最大化降低非輻射復(fù)合損失的未來(lái)努力方向。圖1. 金屬鹵化物鈣鈦礦活性層內(nèi)的電荷載流子產(chǎn)生與復(fù)合動(dòng)力學(xué)機(jī)制 在理想的金屬鹵化物鈣鈦礦半導(dǎo)體材料中，所有的光生電子和空穴最終將通過(guò)發(fā)射光子的方式進(jìn)行復(fù)合（即：輻射復(fù)合）。然而，在實(shí)際的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中存在大量的非輻射復(fù)合通道（如圖1所示），絕大部分光生載流子將優(yōu)先通過(guò)其他非輻射途徑進(jìn)行復(fù)合（例如，缺陷輔助復(fù)合，俄歇復(fù)合，界面誘導(dǎo)復(fù)合，電聲耦合，帶尾態(tài)復(fù)合等）。這些非輻射復(fù)合損失過(guò)程極大降低了電池在穩(wěn)態(tài)下的光生載流子濃度，從而減小了金屬鹵化物鈣鈦礦層中準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)劈裂的能級(jí)差，最終造成鈣鈦礦太陽(yáng)能電池較大的電壓損失。因此，最大化降低或抑制這些非輻射復(fù)合通道是提升器件開(kāi)路電壓和光電轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵。 針對(duì)各種非輻射復(fù)合通道，該綜述首先介紹了目前量化分析非輻射復(fù)合損失的常規(guī)測(cè)試技術(shù)以及測(cè)試要點(diǎn)，如圖2所示。圖2. 量化鈣鈦礦薄膜和完整器件中非輻射復(fù)合損失的表征技術(shù) 隨后，結(jié)合當(dāng)前研究現(xiàn)狀，進(jìn)一步梳理了近年來(lái)在降低非輻射復(fù)合損失方面取得的一系列重要進(jìn)展。值得一提的是，該研究團(tuán)隊(duì)去年在《Science》雜志上報(bào)道的基于溶液二次生長(zhǎng)方法構(gòu)建漸變結(jié)的策略（如圖3所示），在降低反式鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的非輻射復(fù)合損失方面效果顯著（Science 360, 1442-1446）。此后，一系列研究報(bào)道顯示，相似的策略在正式常規(guī)結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池和全無(wú)機(jī)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中也可以獲得正向的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。由此說(shuō)明，在金屬鹵化物鈣鈦礦半導(dǎo)體材料中構(gòu)建有效的漸變結(jié)對(duì)后續(xù)降低非輻射復(fù)合損失具有非常重要的借鑒價(jià)值。圖3. 漸變結(jié)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池器件結(jié)構(gòu)和漸變結(jié)的時(shí)間分辨光譜 此外，該綜述還以當(dāng)前最高效率的砷化鎵太陽(yáng)能電池為參照，先假定鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的非輻射復(fù)合損失與砷化鎵太陽(yáng)能電池的情形一致，再依據(jù)肖克利-奎塞爾理論，對(duì)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池所能夠獲得的性能參數(shù)進(jìn)行科學(xué)預(yù)測(cè)，進(jìn)而給出電池器件所能達(dá)到的最高光電轉(zhuǎn)換效率，如圖4所示。圖4. 當(dāng)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的非輻射復(fù)合損失與當(dāng)前最高效率砷化鎵太陽(yáng)能電池的情況相同時(shí)，單結(jié)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池可實(shí)現(xiàn)的最優(yōu)器件性能參數(shù) 最后，該綜述也指出，目前提升器件性能的兩條主要途徑是最優(yōu)化光子俘獲和最大化降低非輻射復(fù)合損失。如果能將二者進(jìn)行有效整合，探索更可靠的協(xié)同優(yōu)化策略，這可能會(huì)是將器件光電轉(zhuǎn)換效率提升至接近理論極限的可行方案。為此，綜述也對(duì)一些未來(lái)的努力方向進(jìn)行了展望。 總的來(lái)說(shuō)，該綜述為最大程度地降低鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的非輻射復(fù)合損失提供了理論總結(jié)，也為開(kāi)展實(shí)驗(yàn)工作提供了參考借鑒，對(duì)進(jìn)一步提升電池效率，推動(dòng)該類(lèi)電池產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用有重要意義。