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光電轉(zhuǎn)換效率刷新世界紀(jì)錄！更環(huán)保的太陽能電池問世
2025年10月17日 14:19:04
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：小夢 點(diǎn)擊量：7040
復(fù)旦大學(xué)智能材料與未來能源創(chuàng)新學(xué)院的梁佳研究員團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)出錫基鈣鈦礦太陽能電池，光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了17.7%，刷新世界紀(jì)錄。
近日，復(fù)旦大學(xué)智能材料與未來能源創(chuàng)新學(xué)院的梁佳研究員團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)出錫基鈣鈦礦太陽能電池。該電池不僅在全生命周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)了無害化，還打破了光電轉(zhuǎn)換效率的世界紀(jì)錄。這一創(chuàng)新成果成功攻克了無鉛、可持續(xù)綠色光伏技術(shù)的關(guān)鍵難題，標(biāo)志著我國在清潔能源材料領(lǐng)域再次取得重大突破。
近年來，由于電子設(shè)備的廣泛普及，從智能手機(jī)、平板電腦到電動汽車、大型儲能系統(tǒng)等，對電池的性能要求越來越高，包括更高的能量密度、更長的使用壽命、更快的充電速度以及更好的安全性等。電池成為全球科研人員的研究熱點(diǎn)，上述需求也在不斷促使科研人員不斷投入精力，探索新的電池材料、結(jié)構(gòu)和制造工藝，以推動電池技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步。
據(jù)了解，國內(nèi)外與電池相關(guān)的研究成果近年來呈現(xiàn)出井噴式增長。在國內(nèi)，眾多高校和科研機(jī)構(gòu)紛紛設(shè)立電池研究專項(xiàng)，在固態(tài)電池、鋰硫電池等新型電池體系上取得了重要突破，部分成果已達(dá)到國際先進(jìn)水平。同時(shí)，國內(nèi)企業(yè)也加大了在電池領(lǐng)域的研發(fā)投入，通過產(chǎn)學(xué)研合作，推動了電池技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。在國外，歐美等發(fā)達(dá)國家同樣重視電池技術(shù)的研發(fā)，不僅在基礎(chǔ)研究方面投入巨資，還在政策層面給予大力支持，以搶占未來電池技術(shù)的制高點(diǎn)。這些研究成果不僅豐富了電池技術(shù)的理論體系，也為實(shí)際應(yīng)用提供了更多可能。
如中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究團(tuán)隊(duì)，開發(fā)了一種新型氫負(fù)離子電解質(zhì)，并在此基礎(chǔ)上成功研制出全球首塊氫負(fù)離子原型電池。這標(biāo)志著氫負(fù)離子電池實(shí)現(xiàn)從原理概念到實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的跨越。
南京大學(xué)譚海仁教授牽頭的研究團(tuán)隊(duì)在柔性鈣鈦礦疊層光伏電池領(lǐng)域取得重大突破，光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)27.5%。
浙江白馬湖實(shí)驗(yàn)室在鈣鈦礦太陽能電池領(lǐng)域在獲突破，與蘇州大學(xué)聯(lián)合團(tuán)隊(duì)研發(fā)的小面積單結(jié)鈣鈦礦太陽能電池，穩(wěn)態(tài)效率達(dá)到26.81%。
......
本次復(fù)旦大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)提出的錫基鈣鈦礦太陽能電池，雖然其具備綠色無害的特性，但其器件的穩(wěn)定性和光電轉(zhuǎn)換效率卻相對較低。其中一個重要原因是，當(dāng)前該領(lǐng)域太陽能電池普遍采用高分子聚合物作為空穴傳輸層材料。然而，這種聚合物固有的吸濕性、酸性以及對紫外光和水分的敏感性，會加速錫基鈣鈦礦材料的氧化與降解，從而大幅限制器件的效率和穩(wěn)定性。
針對這一難題，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種創(chuàng)新的“雙層空穴傳輸層”結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)以穩(wěn)定性出色的氧化鎳作為底層基底，并在其上構(gòu)建一層自組裝單分子層，進(jìn)而形成均一且功能協(xié)同的復(fù)合功能層。正是這一創(chuàng)新設(shè)計(jì)，顯著提升了載流子的傳輸效率，最終使得研究團(tuán)隊(duì)所制備的太陽能電池達(dá)到了世界紀(jì)錄級別的光電轉(zhuǎn)換效率。
除此之外，研究人員通過優(yōu)化溶液工藝及薄膜沉積技術(shù)，成功制備出數(shù)平方厘米級的高質(zhì)量錫基鈣鈦礦薄膜，并在大面積器件上實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)紀(jì)錄的效率。這一突破性成果顯示，該技術(shù)不僅具備優(yōu)異的可放大性，還擁有良好的工程兼容性，為未來的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
梁佳介紹，團(tuán)隊(duì)在過去五年里圍繞缺陷調(diào)控、界面優(yōu)化、載流子抽取和功能層設(shè)計(jì)等關(guān)鍵科學(xué)問題持續(xù)攻關(guān)，系統(tǒng)建立了從材料生長到能帶調(diào)控、界面工程的完整技術(shù)體系，最終成功制備出綠色環(huán)保和轉(zhuǎn)換高效的錫基鈣鈦礦太陽能電池。該太陽能電池經(jīng)第三方權(quán)威認(rèn)證，光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了17.7%。此前，錫基鈣鈦礦光電轉(zhuǎn)換效率的世界紀(jì)錄是16.5%左右。這一成果打破該紀(jì)錄，在錫基鈣鈦礦太陽能電池轉(zhuǎn)換效率方面成為了世界第一。
隨著能源需求的日益增長和環(huán)境保護(hù)的迫切要求，開發(fā)高效、環(huán)保的太陽能電池已成為全球科研領(lǐng)域的熱點(diǎn)。復(fù)旦大學(xué)梁佳研究員團(tuán)隊(duì)的這一創(chuàng)新成果，不僅為太陽能電池的發(fā)展開辟了新的道路，也為全球能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展提供了有力支持。
相關(guān)成果以《基于均一埋底界面的錫基鈣鈦礦太陽能電池》(Tin-based perovskite solar cells with a homogeneous buried interface)為題發(fā)表在《自然》(Nature)期刊。
素材來源：復(fù)旦大學(xué)
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