太阳光取之不尽、用之不竭，假如可以高效借助光伏发电，人类的能源图景将彻底改写。日前，中国科学院青岛生物能源与过程研究所传来振奋人心的消息：该所钙钛矿组件技术研究组在钙钛矿太阳能电池范围获得重大突破，成功破解了长期困扰行业进步的稳定性与效率很难兼得的难点。有关研究成就已发表在国际顶级学术期刊《自然—能源》上，为高效稳定钙钛矿光伏组件的商业化落地奠定了坚实的科学基础。
太阳光取之不尽、用之不竭，假如可以高效借助光伏发电，人类的能源图景将彻底改写。日前，中国科学院青岛生物能源与过程研究所传来振奋人心的消息：该所钙钛矿组件技术研究组在钙钛矿太阳能电池范围获得重大突破，成功破解了长期困扰行业进步的稳定性与效率很难兼得的难点。有关研究成就已发表在国际顶级学术期刊《自然—能源》上，为高效稳定钙钛矿光伏组件的商业化落地奠定了坚实的科学基础。
作为新一代光伏技术的代表，钙钛矿太阳能电池被誉为光伏范围的“明日之星”。其发电效率已接近传统晶硅电池，且拥有本钱低廉、加工工艺灵活、可制备柔性器件等显著优势。然而，这颗“明珠”也有其“阿喀琉斯之踵”：电池内部的界面存在缺点，不只影响电流的顺畅传输，还致使电池易损毁，很难达成长期稳定工作，成为制约其产业化的核心瓶颈。
为知道决这一重点难点，青岛能源所的科研团队另辟蹊径，开发出一种基于配体分子表面调控的革新方案。团队通过调控氧化锡纳米颗粒表面的配体用途力，达成了在界面处自发释放胺类配体，进而形成2D/3D异质结的全新结构。
2D/3D异质结电荷传输示意图 青岛能源所供图
具体而言，研究团队依次将巯基乙酸和油胺接枝到二氧化锡(电子传输层核心材料)纳米颗粒表面。乙酸与油胺之间形成的强化学键，确保了仅在钙钛矿薄膜的热退火过程中，才会发生与甲脒碘的阳离子交换反应。这一精巧的设计，致使2D/3D钙钛矿结构可以在钙钛矿薄膜的底部界面处自发形成，且地方精确可控。
这种地方可控的2D/3D结构带来了显著的性能提高：一方面，它加快了钙钛矿相的形成，显著提高了钙钛矿薄膜的结晶水平;其次，这一结构使薄膜底层界面的缺点浓度减少了十倍以上，大幅降低了载流子复合损失，从而展示出卓越的光电转换效率。
基于这一新材料体系，研究团队进一步制备了6×6平方厘米和10×10平方厘米的大面积钙钛矿光伏组件，其光电转换效率分别达到23.44% 和22.22%，展示出卓越的工艺放大能力。这意味着该技术不只在实验室的小面积电池上表现优秀，在向工业化尺寸放大时，依旧可以维持高效率，为将来的规模化生产铺平了道路。
假如说高效率是钙钛矿电池的“王牌”，那样稳定性则是其“生死线”。研究显示，使用新材料的钙钛矿光伏组件在连续工作超越3000小时后，仍能维持95%以上的初始性能，远超传统钙钛矿太阳能电池。这一突破意味着困扰行业多年的“短命”问题有望得到根本性解决，钙钛矿电池从实验室走向户外、从原型走向商品的技术障碍正在被逐一清除。
这一研究不只对新型高效稳定的钙钛矿光伏组件的研发具备要紧指导意义，更为钙钛矿光伏技术的商业化应用提供了重点技术支撑。目前，全球光伏产业正处于从晶硅电池向新一代光伏技术过渡的重点窗口期。钙钛矿电池凭着其理论效率极限更高、产业链更短、能耗更低、可柔性化等优势，被视为下一代光伏技术的领头羊。
青岛能源所的这项突破，意味着中国科学家在钙钛矿电池核心技术上第三占据领先地位。研究团队表示，将来将进一步优化材料体系与制备工艺，推进该技术从实验室走向生产线，为帮助国家新能源产业建设、保障国家能源安全提供坚实的科技支撑。
在“双碳”目的的引领下，光伏发电已成为能源转型的主力军。钙钛矿电池每一次效率的刷新、每一次稳定性的突破，都在将人类“高效借助阳光”的梦想照进现实。
