北京
鈣鈦礦-有機疊層太陽能電池器件。中國科學院化學研究所供圖
人民網北京7月14日電 (記者趙竹青)北京時間7月13日，國際學術期刊《Nature》在線發表了一項來自中國的光伏新突破。中國科學院化學研究所李永舫院士/孟磊研究員團隊提出“全階段調控”策略，讓鈣鈦礦-有機疊層太陽能電池實現了從“懼光”到“馭光”的轉變，認證穩態光電轉換效率達到28.04%，刷新該類器件光電轉換效率的世界紀錄。
這種新型疊層太陽能電池，像一層層不同顏色的“光譜篩”，通過分工合作，將不同波段的太陽光轉化為電能，能突破傳統單結太陽能電池的理論效率極限。它薄如紙張、輕柔可卷，未來不僅能貼在建筑物玻璃、汽車天窗上發電，更能為無人機、可穿戴設備乃至空間站提供輕便能源。
然而，核心材料中的碘離子和溴離子在光照下會“鬧脾氣”各自抱團，導致性能快速衰減。
為此，研究團隊巧妙設計了一種名為TDB(4-[3-(三氟甲基)-3H-雙吖丙啶-3-基]芐銨鹽酸鹽)的“光控”添加劑分子，對鈣鈦礦材料的生長和工作進行了“全階段調控”。
在材料“出生”的結晶階段，TDB分子像一位嚴格的教官，延緩了不同離子的過早分離，讓它們均勻排列，形成了高質量的晶格。而在太陽能電池“工作”的階段，富集在晶界處的TDB分子被光激活，搖身一變成為強力“膠水”TAB(4-(三氟乙酰基)芐銨鹽酸鹽)，緊緊錨定住鈣鈦礦表面，有效抑制了離子的遷移通道，抑制了相分離。
“這項研究的關鍵技術難題是如何讓高溴含量寬帶隙鈣鈦礦從‘懼光’變成‘馭光’。”化學研究所研究員孟磊表示：“新引入的TDB分子正是實現這一轉變的關鍵——結晶成膜階段穩定混合鹵素相，光照運行階段轉化為更強錨定鈍化分子，從源頭到使用全過程抑制相分離。這種從‘懼光’到‘馭光’的轉變，正是‘全階段調控’策略的核心要義。”
團隊制備的鈣鈦礦-有機疊層太陽能電池經第三方機構認證，穩態光電轉換效率達到了28.04%，刷新了該類器件效率的世界紀錄。同時，器件的穩定性也顯著提升，在持續光照運行625小時后，仍能保持初始效率的90%。
中國科學院院士、化學研究所研究員李永舫表示，鈣鈦礦-有機疊層太陽能電池兼具輕質、柔性及高比功率優勢，可廣泛應用于建筑、交通、可穿戴電子等地面場景，也可在衛星、空間站及深空探測等航天領域發揮積極作用，有望為能源結構進一步轉型與地球可持續發展提供新的科學技術路徑。
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