如何讓輕薄、柔韌的鈣鈦礦太陽能電池既保持高效率，又能穩(wěn)定、均勻地大面積生產(chǎn)？這一困擾學(xué)界與產(chǎn)業(yè)界的核心難題，如今有了創(chuàng)新解法。

2月28日，記者從中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所獲悉，該所聯(lián)合香港科技大學(xué)研究團隊，在鈣鈦礦太陽能電池埋底界面工程領(lǐng)域取得重要突破。他們首創(chuàng)“溶劑化物晶體預(yù)晶種”策略，為鈣鈦礦光伏組件實現(xiàn)高效、可規(guī)模化生產(chǎn)帶來新希望。相關(guān)研究成果已于27日在國際學(xué)術(shù)期刊《自然·合成》發(fā)表。

鈣鈦礦太陽能電池兼具高效率和溶液加工潛力，被視為下一代光伏技術(shù)的重要發(fā)展方向。然而，目前業(yè)界廣泛研究的倒置結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽能電池，其底部界面存在難以控制的微觀缺陷，嚴重制約了電池性能及長期穩(wěn)定性。

為解決這一難題，研究團隊獨辟蹊徑，開發(fā)出一種名為“晶體-溶劑化物預(yù)晶種”的通用性調(diào)控方法。研究人員預(yù)先在基底上沉積一層特殊設(shè)計的低維鹵化物溶劑化物晶體作為“晶種”，猶如為鈣鈦礦薄膜的生長提前搭建了“引導(dǎo)支架”。這能有效改善基底表面的濕潤性，使鈣鈦礦溶液均勻鋪開，為后續(xù)高質(zhì)量、大面積薄膜制備打下基礎(chǔ)。同時，“晶種”中鎖定的溶劑分子在加熱過程中緩慢釋放，在薄膜下方形成溫和的“溶劑氛圍”，促進晶體重組與修復(fù)，顯著減少孔洞與缺陷。



通過這一協(xié)同機制，研究人員成功在鈣鈦礦薄膜底部構(gòu)筑了致密、平整、結(jié)晶取向更佳的高質(zhì)量活性層，從根本上消除了常見的埋底界面孔洞和深晶界等缺陷。

為驗證該策略的產(chǎn)業(yè)化潛力，研究團隊進一步將其與適合大規(guī)模生產(chǎn)的“狹縫涂布”工藝相結(jié)合，成功制備出入光面積達49.91平方厘米的鈣鈦礦太陽能微型組件，獲得23.15%的認證效率，且其從實驗室小電池到較大面積組件的效率損失率極低，展現(xiàn)了卓越的工藝放大能力和均勻性控制水平。

研究團隊介紹，這項研究提出的“晶體—溶劑化物預(yù)晶種”概念是一個強大的材料平臺，可通過改變組分衍生出多種功能化“晶種”，為鈣鈦礦乃至其他新型軟物質(zhì)半導(dǎo)體光電器件的精密制造開辟全新技術(shù)路徑。

該研究有望推動鈣鈦礦光伏技術(shù)在建筑一體化、可穿戴電子、新能源汽車等領(lǐng)域的商業(yè)化進程。

作者：宋迎迎 孫秀紅 來源：科技日報 責任編輯：jianping