中国粉体网讯 7月13日，中国科学院化学研究所李永舫院士、孟磊研究员团队的最新科研成果登上国际顶级学术期刊《自然》。该团队创新提出“全阶段调控”技术策略，成功研发出高性能钙钛矿-有机叠层太阳能电池，经第三方机构认证，其稳态光电转换效率达28.04%，成功刷新该类器件光电转换效率的世界纪录，同时大幅提升器件运行稳定性，标志着我国新一代光伏技术向规模化实际应用迈出关键性一步。
钙钛矿-有机叠层太阳能电池器件（图源：中国科学院化学研究所）
作为下一代光伏技术的核心发展方向，钙钛矿与有机太阳能电池凭借可溶液加工、卷对卷印刷、狭缝涂布等轻量化制备工艺，具备厚度薄、质量轻、可柔性成型的独特优势，完美适配建筑光伏一体化、便携式能源、可穿戴电子设备、无人机、深空空间供能等轻量化应用场景，相较于传统晶硅单结太阳能电池，拥有更广阔的应用前景。传统单结光伏电池仅依靠单一吸光材料捕获太阳能，无法高效利用不同能量的光子，光电转换效率存在天然瓶颈，而钙钛矿-有机叠层电池通过双层材料叠合设计，可分层吸收不同波段太阳光，实现太阳能资源的最大化利用，具备“1+1＞2”的性能优势。
中国科学院化学研究所实验室科研人员展示高性能钙钛矿-有机叠层太阳能电池器件
（图源：新华社）
据了解，钙钛矿-有机叠层电池采用互补式光谱吸收与结构防护设计：顶部宽带隙钙钛矿材料负责吸收可见光、蓝紫光等高能光子，底部窄带隙有机材料可捕捉红光、红外光等低能光子，实现太阳光全波段高效利用。同时，上层钙钛矿可作为紫外光过滤层，避免下层有机材料被紫外光降解，下层有机材料的疏水特性也能有效阻隔水汽侵蚀钙钛矿层，从结构层面双向提升器件稳定性。
长期以来，高溴含量宽带隙钙钛矿的卤素相分离难题，始终是制约叠层电池效率与稳定性提升的核心瓶颈。科研人员为拓宽钙钛矿吸光波段、提升光子利用效率，会在材料中引入溴元素，但碘、溴离子在薄膜制备和光照运行过程中易发生重新分布，形成富碘、富溴区域的相分离缺陷，严重削弱器件内部电场，造成电压损失、性能衰减，导致宽带隙钙钛矿材料长期存在“惧光”痛点。
针对这一行业技术难题，中科院化学所团队依托多年分子设计与调控技术积累，开展大量实验攻关，筛选优化出可光转换添加剂分子TDB，创新性构建“全阶段调控”体系，彻底实现高溴宽带隙钙钛矿从“惧光”到“驭光”的关键转变。在电池结晶成膜阶段，TDB分子可延缓富溴相过早析出，推动碘、溴离子均匀混合，制备出组分均一、缺陷更少的钙钛矿薄膜；在光照运行阶段，富集于钙钛矿晶界处的TDB分子可被光激活转化为TAB新结构分子，牢牢贴合钙钛矿材料表面，有效抑制卤素离子迁移、减少材料缺陷，从根源上解决相分离导致的性能衰减问题。
“筛选适配的功能分子是本次研究的核心难点，团队历经无数次实验迭代，逐一攻克分子无法自转化、制备工艺复杂、调控效果不佳等诸多问题，最终锁定最优调控方案。”孟磊研究员介绍道，这套覆盖器件制备、光照运行全生命周期的调控策略，是本次效率突破的核心技术支撑。
性能测试结果显示，该团队研发的钙钛矿-有机叠层太阳能电池不仅创下28.04%的稳态效率世界纪录，还具备优异的长期工作稳定性。器件在持续光照运行625小时后，仍可保留90%的初始光电转换效率，彻底突破了传统叠层电池“效率高、稳定性差”的技术短板，兼顾高效性与实用性。
李永舫院士表示，钙钛矿-有机叠层太阳能电池兼具轻量化、柔性化、高比功率的核心优势，应用场景极具延展性。民用领域可适配建筑光伏、户外便携充电、智能穿戴设备、交通能源配套等场景，轻量化的特性可实现便携收纳、快速供能；航天领域可支撑卫星、空间站、深空探测等任务的能源供给，有望成为人类深空探索的新型能源保障。
此次世界纪录的刷新，不仅彰显了我国在新一代光伏材料与器件领域的顶尖科研实力，更为光伏产业轻量化、高效化升级提供了全新技术路径，将为我国能源结构转型、绿色低碳可持续发展注入强劲科技动力。
参考来源：新华社；央视新闻；中国科学报
(中国粉体网编辑整理/九思)
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