電子發(fā)燒友網(wǎng)綜合報道
在全球能源結(jié)構(gòu)向清潔能源加速轉(zhuǎn)型的今天，太陽能作為最具潛力的可再生能源之一，其高效利用一直是科學(xué)界攻關(guān)的核心課題。近日，我國科研團隊在太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域取得重大突破,深圳理工大學(xué)白楊教授聯(lián)合復(fù)旦大學(xué)褚君浩院士團隊在《自然-通訊》發(fā)表研究成果，成功開發(fā)出超穩(wěn)定、高效率的寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池，并構(gòu)建出性能優(yōu)良的全鈣鈦礦疊層器件。

鈣鈦礦材料因其低成本、高光電轉(zhuǎn)換能力的特性，被公認為下一代太陽能技術(shù)的核心材料，然而，并非所有鈣鈦礦材料都能輕松實現(xiàn)高效與穩(wěn)定的平衡。

此次研究聚焦的 Cs?.?FA?.?DMA?.?Pb (I?.?Br?.?)?寬帶隙鈣鈦礦（1.77eV帶隙）就存在天生缺陷,其晶體結(jié)構(gòu)中離子容易“亂跑”形成空位缺陷，在光照條件下還易發(fā)生“鹵化物相分離”，這兩大問題直接導(dǎo)致電池發(fā)電效率下降，甚至喪失實用價值。如何讓這類材料既保持高效發(fā)電能力，又能長期穩(wěn)定工作，成為制約鈣鈦礦太陽能電池商業(yè)化的關(guān)鍵瓶頸。

面對這一挑戰(zhàn)，研究團隊創(chuàng)新性地引入了醚環(huán)超分子（冠醚）調(diào)控策略。通過精確調(diào)控鹵化物與單價陽離子及鉛離子的配位作用，團隊實現(xiàn)了對鈣鈦礦結(jié)晶動力學(xué)的有效干預(yù)，讓晶體結(jié)構(gòu)更趨穩(wěn)固。

更重要的是，這種超分子工程策略成功抑制了光照下的鹵化物相分離，確保能量能夠高效轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的電能輸出。

這一技術(shù)突破就像給鈣鈦礦材料加了 “雙重保險”，從結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和能量轉(zhuǎn)換效率兩方面同步提升了電池性能。

據(jù)介紹，基于這種超分子工程策略制備的寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池，展現(xiàn)出了三大優(yōu)異性能。

一是出色的光電轉(zhuǎn)換效率：基于這種技術(shù)的單結(jié)寬帶隙器件，光電轉(zhuǎn)換效率達到21.01%，在同類研究中處于前沿水平；二是優(yōu)異的工作穩(wěn)定性：在最大功率點跟蹤測試中，連續(xù)運行1000小時后，電池效率還能保持初始值的95%——這意味著它能長期穩(wěn)定工作，不用頻繁更換；三是疊層器件高效率：基于該技術(shù)構(gòu)建的兩端全鈣鈦礦疊層太陽能電池獲得了28.44%的光電轉(zhuǎn)換效率（認證效率27.92%）。

研究團隊介紹，冠醚分子與鈣鈦礦前驅(qū)體的默契配合使得結(jié)晶過程易于精確調(diào)控，且制備工藝簡單，便于大規(guī)模生產(chǎn)。這意味著該技術(shù)有望走出實驗室，真正走進日常生活。

未來，將其應(yīng)用于大規(guī)模太陽能電站，可顯著降低發(fā)電成本，讓清潔能源在與傳統(tǒng)能源的競爭中更具優(yōu)勢；在新能源汽車領(lǐng)域，它能為車輛提供輕量化、高效率的太陽能充電解決方案，延長續(xù)航里程；而在便攜式電子設(shè)備上，高效穩(wěn)定的太陽能電池也將為設(shè)備續(xù)航帶來新的可能，減少對傳統(tǒng)充電方式的依賴。

隨著全球?qū)μ贾泻湍繕说耐七M，清潔能源技術(shù)的重要性日益凸顯。我國科學(xué)家在鈣鈦礦太陽能電池領(lǐng)域的這一突破，不僅為下一代太陽能技術(shù)發(fā)展奠定了關(guān)鍵材料基礎(chǔ)，更將加速清潔能源的普及應(yīng)用。