我国科学家攻克钙钛矿太阳能电池难题

电子发烧友网综合报道
在全球能源结构向清洁能源加速转型的今天，太阳能作为最具潜力的可再生能源之一，其高效利用一直是科学界攻关的核心课题。近日，我国科研团队在太阳能电池技术领域取得重大突破,深圳理工大学白杨教授联合复旦大学褚君浩院士团队在《自然-通讯》发表研究成果，成功开发出超稳定、高效率的宽带隙钙钛矿太阳能电池，并构建出性能优良的全钙钛矿叠层器件。

钙钛矿材料因其低成本、高光电转换能力的特性，被公认为下一代太阳能技术的核心材料，然而，并非所有钙钛矿材料都能轻松实现高效与稳定的平衡。

此次研究聚焦的 Cs₀.₃FA₀.₆DMA₀.₁Pb (I₀.₇Br₀.₃)₃宽带隙钙钛矿（1.77eV带隙）就存在天生缺陷,其晶体结构中离子容易“乱跑”形成空位缺陷，在光照条件下还易发生“卤化物相分离”，这两大问题直接导致电池发电效率下降，甚至丧失实用价值。如何让这类材料既保持高效发电能力，又能长期稳定工作，成为制约钙钛矿太阳能电池商业化的关键瓶颈。

面对这一挑战，研究团队创新性地引入了醚环超分子（冠醚）调控策略。通过精确调控卤化物与单价阳离子及铅离子的配位作用，团队实现了对钙钛矿结晶动力学的有效干预，让晶体结构更趋稳固。

更重要的是，这种超分子工程策略成功抑制了光照下的卤化物相分离，确保能量能够高效转化为稳定的电能输出。

这一技术突破就像给钙钛矿材料加了 “双重保险”，从结构稳定性和能量转换效率两方面同步提升了电池性能。

据介绍，基于这种超分子工程策略制备的宽带隙钙钛矿太阳能电池，展现出了三大优异性能。

一是出色的光电转换效率：基于这种技术的单结宽带隙器件，光电转换效率达到21.01%，在同类研究中处于前沿水平；二是优异的工作稳定性：在最大功率点跟踪测试中，连续运行1000小时后，电池效率还能保持初始值的95%——这意味着它能长期稳定工作，不用频繁更换；三是叠层器件高效率：基于该技术构建的两端全钙钛矿叠层太阳能电池获得了28.44%的光电转换效率（认证效率27.92%）。

研究团队介绍，冠醚分子与钙钛矿前驱体的默契配合使得结晶过程易于精确调控，且制备工艺简单，便于大规模生产。这意味着该技术有望走出实验室，真正走进日常生活。

未来，将其应用于大规模太阳能电站，可显著降低发电成本，让清洁能源在与传统能源的竞争中更具优势；在新能源汽车领域，它能为车辆提供轻量化、高效率的太阳能充电解决方案，延长续航里程；而在便携式电子设备上，高效稳定的太阳能电池也将为设备续航带来新的可能，减少对传统充电方式的依赖。

随着全球对碳中和目标的推进，清洁能源技术的重要性日益凸显。我国科学家在钙钛矿太阳能电池领域的这一突破，不仅为下一代太阳能技术发展奠定了关键材料基础，更将加速清洁能源的普及应用。