來源:科技日報(bào) 時(shí)間:2026-07-14 11:09
易受到光照影響的電池材料,如何更穩(wěn)定地利用光能?《自然》雜志13日發(fā)表的一項(xiàng)研究給出了答案:中國科學(xué)院化學(xué)研究所李永舫院士、孟磊研究員團(tuán)隊(duì),提出“全階段調(diào)控”策略,通過引入一種可光轉(zhuǎn)換的添加劑分子,成功制備出新型鈣鈦礦-有機(jī)疊層太陽能電池。經(jīng)第三方機(jī)構(gòu)認(rèn)證,該電池的穩(wěn)態(tài)光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到28.04%,刷新這類電池的世界紀(jì)錄。
近年來,以鈣鈦礦太陽能電池和有機(jī)太陽能電池為代表的新一代光伏技術(shù)發(fā)展迅速。這類電池的制造方式很特別,能像印報(bào)紙一樣,通過溶液加工、卷對卷印刷等技術(shù),實(shí)現(xiàn)柔性、大面積制造,成品又輕又薄,還能彎曲。將它們像三明治一樣疊在一起的鈣鈦礦-有機(jī)疊層太陽能電池,能把太陽光譜“吃干榨盡”:上層鈣鈦礦吸收可見光,下層有機(jī)物吸收近紅外光,理論發(fā)電效率遠(yuǎn)超單一材料電池。
然而,這種疊層電池的上層有個(gè)難纏的問題。為了吸收足夠的太陽光,薄膜中需要同時(shí)添加碘和溴兩種元素。麻煩的是,在制備過程中或持續(xù)光照下,碘離子和溴離子容易“鬧分家”,各自聚集成群?!斑@種相分離現(xiàn)象一旦發(fā)生,電池電壓就會(huì)不斷下降,性能持續(xù)衰退,成為阻礙其走向應(yīng)用的致命短板?!泵侠谡f。

圖為鈣鈦礦-有機(jī)疊層太陽能電池器件。中國科學(xué)院化學(xué)研究所供圖
為了平息這場微觀世界的紛爭,研究團(tuán)隊(duì)向材料中加入一種名為TDB的添加劑分子。在電池薄膜成型之初,TDB像一位耐心的協(xié)調(diào)員,拖住溴離子快速聚集的腳步,確保碘和溴從一開始就均勻混合。而當(dāng)電池見光工作時(shí),TDB被光激活,轉(zhuǎn)化成新結(jié)構(gòu)的TAB分子?!靶路肿幽軌蝈^定在材料晶界上,抑制鹵素離子遷移和相分離,完成了從‘懼光’到‘馭光’的蛻變?!泵侠诮忉?。
憑借這一貫穿制備與運(yùn)行全過程的調(diào)控策略,團(tuán)隊(duì)制成的寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池的開路電壓創(chuàng)下同類型電池最高紀(jì)錄,將其與底層有機(jī)太陽能電池精準(zhǔn)疊加后,整個(gè)疊層器件的實(shí)驗(yàn)室最高光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)28.80%,認(rèn)證穩(wěn)態(tài)效率鎖定在28.04%。在持續(xù)光照625小時(shí)后,疊層太陽能電池仍保持初始效率的90%,展現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性。
李永舫表示,這種鈣鈦礦有機(jī)疊層太陽能電池兼具輕薄與柔性優(yōu)勢,不僅有望用于建筑、交通、可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域,更因其突出的柔性重量比,未來有潛力登上衛(wèi)星和空間站,為人類提供更輕便高效的太空能源。
責(zé)任編輯:王萍