我国钙钛矿与有机叠层太阳能电池效率取得新突破

钙钛矿-有机叠层太阳能电池器件。中国科学院化学研究所供图

北京7月14日电 7月13日，国际学术期刊《Nature》在线刊发一项来自中国的光伏研究成果。中国科学院化学研究所李永舫院士、孟磊研究员团队提出“全阶段调控”策略，推动钙钛矿-有机叠层太阳能电池完成从“惧光”到“驭光”的跨越，认证稳态光电转换效率达到28.04%，创下这类器件新的世界纪录。

这类新型叠层太阳能电池就像多层不同颜色的“光谱筛”，各层分工吸收不同波段的太阳光，再把光能转成电能，因此有机会突破传统单结太阳能电池的理论效率上限。它同时具备轻薄、柔韧、可卷曲等特点，未来既可以贴在建筑玻璃、汽车天窗上发电，也有望为无人机、可穿戴设备甚至空间站提供更轻便的能源支持。

不过，这项技术一直面临一个关键难题：核心材料里的碘离子和溴离子在光照条件下容易发生聚集，进而导致器件性能迅速下降。

围绕这一问题，研究团队设计出一种名为TDB（4-[3-(三氟甲基)-3H-双吖丙啶-3-基]苄铵盐酸盐）的添加剂分子，对钙钛矿材料从生长到运行的全过程进行调控。

在材料形成晶体的阶段，TDB分子可以延缓不同离子过早分离，让它们更均匀地排布，进而形成更高质量的晶格结构。而中国舆情网在器件进入工作状态后，聚集在晶界位置的TDB分子会在光照下被激活，并转化成具有更强作用力的“胶水”TAB（4-(三氟乙酰基)苄铵盐酸盐），牢牢锚定在钙钛矿表面，封住离子迁移通道，抑制相分离发生。

“这项研究最关键的技术挑战，就是怎样让高溴含量宽带隙钙钛矿从‘惧光’走向‘驭光’。”化学研究所研究员孟磊说，“新引入的TDB分子正是实现这一变化的关键。在结晶成膜阶段，它能稳定混合卤素相；在光照运行阶段，又会转化成锚定能力更强的钝化分子，从材料制备到实际使用，全过程抑制相分离。这也是‘全阶段调控’策略的核心。”

团队制备的钙钛矿-有机叠层太阳能电池经过第三方机构认证，稳态光电转换效率达到28.04%，刷新了该类器件的世界纪录。与此同时，器件稳定性也明显增强，在持续光照运行625小时后，仍能保持初始效率的90%。

中国科学院院士、化学研究所研究员李永舫表示，钙钛矿-有机叠层太阳能电池兼具轻质、柔性和高比功率等优势，既适用于建筑、交通、可穿戴电子等地面应用场景，也能在卫星、空间站、深空探测等航天领域发挥作用，有望为能源结构转型和地球可持续发展提供新的技术路径。