光电转换效率刷新世界纪录！更环保的太阳能电池问世
2025-10-21 11:36:37化工仪器网阅读量：3687 我要评论
近日，复旦大学智能材料与未来能源创新学院的梁佳研究员团队成功研发出锡基钙钛矿太阳能电池。该电池不仅在全生命周期内实现了无害化，还打破了光电转换效率的世界纪录。这一创新成果成功攻克了无铅、可持续绿色光伏技术的关键难题，标志着我国在清洁能源材料领域再次取得重大突破。
近年来，由于电子设备的广泛普及，从智能手机、平板电脑到电动汽车、大型储能系统等，对电池的性能要求越来越高，包括更高的能量密度、更长的使用寿命、更快的充电速度以及更好的安全性等。电池成为全球科研人员的研究热点，上述需求也在不断促使科研人员不断投入精力，探索新的电池材料、结构和制造工艺，以推动电池技术的持续进步。
据了解，国内外与电池相关的研究成果近年来呈现出井喷式增长。在国内，众多高校和科研机构纷纷设立电池研究专项，在固态电池、锂硫电池等新型电池体系上取得了重要突破，部分成果已达到国际先进水平。同时，国内企业也加大了在电池领域的研发投入，通过产学研合作，推动了电池技术的产业化进程。在国外，欧美等发达国家同样重视电池技术的研发，不仅在基础研究方面投入巨资，还在政策层面给予大力支持，以抢占未来电池技术的制高点。这些研究成果不仅丰富了电池技术的理论体系，也为实际应用提供了更多可能。
如中国科学院大连化学物理研究所研究团队，开发了一种新型氢负离子电解质，并在此基础上成功研制出全球首块氢负离子原型电池。这标志着氢负离子电池实现从原理概念到实验验证的跨越。
南京大学谭海仁教授牵头的研究团队在柔性钙钛矿叠层光伏电池领域取得重大突破，光电转化效率达27.5%。
浙江白马湖实验室在钙钛矿太阳能电池领域在获突破，与苏州大学联合团队研发的小面积单结钙钛矿太阳能电池，稳态效率达到26.81%。
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本次复旦大学研究团队提出的锡基钙钛矿太阳能电池，虽然其具备绿色无害的特性，但其器件的稳定性和光电转换效率却相对较低。其中一个重要原因是，当前该领域太阳能电池普遍采用高分子聚合物作为空穴传输层材料。然而，这种聚合物固有的吸湿性、酸性以及对紫外光和水分的敏感性，会加速锡基钙钛矿材料的氧化与降解，从而大幅限制器件的效率和稳定性。
针对这一难题，研究团队设计了一种创新的“双层空穴传输层”结构。该结构以稳定性出色的氧化镍作为底层基底，并在其上构建一层自组装单分子层，进而形成均一且功能协同的复合功能层。正是这一创新设计，显著提升了载流子的传输效率，最终使得研究团队所制备的太阳能电池达到了世界纪录级别的光电转换效率。
除此之外，研究人员通过优化溶液工艺及薄膜沉积技术，成功制备出数平方厘米级的高质量锡基钙钛矿薄膜，并在大面积器件上实现了创纪录的效率。这一突破性成果显示，该技术不仅具备优异的可放大性，还拥有良好的工程兼容性，为未来的产业化应用奠定了坚实基础。
梁佳介绍，团队在过去五年里围绕缺陷调控、界面优化、载流子抽取和功能层设计等关键科学问题持续攻关，系统建立了从材料生长到能带调控、界面工程的完整技术体系，最终成功制备出绿色环保和转换高效的锡基钙钛矿太阳能电池。该太阳能电池经第三方权威认证，光电转换效率达到了17.7%。此前，锡基钙钛矿光电转换效率的世界纪录是16.5%左右。这一成果打破该纪录，在锡基钙钛矿太阳能电池转换效率方面成为了世界第一。
随着能源需求的日益增长和环境保护的迫切要求，开发高效、环保的太阳能电池已成为全球科研领域的热点。复旦大学梁佳研究员团队的这一创新成果，不仅为太阳能电池的发展开辟了新的道路，也为全球能源结构的转型和可持续发展提供了有力支持。
相关成果以《基于均一埋底界面的锡基钙钛矿太阳能电池》(Tin-based perovskite solar cells with a homogeneous buried interface)为题发表在《自然》(Nature)期刊。
素材来源：复旦大学
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