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記者10月16日從復(fù)旦大學(xué)獲悉，該校智能材料與未來能源創(chuàng)新學(xué)院梁佳青年研究員團隊研發(fā)出了錫基鈣鈦礦太陽能電池，不僅實現(xiàn)了全生命周期無害化，還突破了光電轉(zhuǎn)換效率的世界紀(jì)錄。這一創(chuàng)新成果攻克了無鉛、可持續(xù)綠色光伏技術(shù)的關(guān)鍵難題，標(biāo)志著我國在清潔能源材料領(lǐng)域再獲突破。該成果于10月15日在線發(fā)表于《自然》。

長久以來，科研人員常關(guān)注于提升鉛基鈣鈦礦太陽能電池效率，但鉛污染始終如“達摩克利斯之劍”般懸于頭頂。為打造一款真正綠色無害的太陽能電池，梁佳團隊將目光鎖定在同樣具有優(yōu)異光電特性、但環(huán)境友好的“錫”元素上。

錫基鈣鈦礦太陽能電池雖足夠綠色無害，器件的穩(wěn)定性和光電轉(zhuǎn)換效率卻比較低。原因之一在于，該領(lǐng)域太陽能電池目前多采用高分子聚合物作為空穴傳輸層材料，而該聚合物固有的吸濕性、酸性以及對紫外光和水分敏感等特性會加速錫基鈣鈦礦材料的氧化與降解，大幅限制器件的效率和穩(wěn)定性。

針對這一問題，研究團隊提出了一種巧妙的“雙層空穴傳輸層”結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)以穩(wěn)定性優(yōu)異的氧化鎳為底層基底，并在其上構(gòu)筑一層自組裝單分子層，從而形成均一且功能協(xié)同的復(fù)合功能層。“氧化鎳與鈣鈦礦直接接觸，表面的氧空位會引起錫基鈣鈦礦的分解，自組裝的分子層能夠分隔開它們。”梁佳解釋。

梁佳介紹，團隊在過去五年里圍繞缺陷調(diào)控、界面優(yōu)化、載流子抽取和功能層設(shè)計等關(guān)鍵科學(xué)問題持續(xù)攻關(guān)，系統(tǒng)建立了從材料生長到能帶調(diào)控、界面工程的完整技術(shù)體系，最終成功制備出綠色環(huán)保和轉(zhuǎn)換高效的錫基鈣鈦礦太陽能電池。該太陽能電池經(jīng)第三方權(quán)威認證，光電轉(zhuǎn)換效率達到了17.7%。此前，錫基鈣鈦礦光電轉(zhuǎn)換效率的世界紀(jì)錄是16.5%左右。這一成果打破該紀(jì)錄，在錫基鈣鈦礦太陽能電池轉(zhuǎn)換效率方面成為了世界第一。

依托前期成果，梁佳團隊同步開展了大面積電池制備與可擴展性研究，推進技術(shù)從實驗室走向?qū)嶋H應(yīng)用。目前，團隊已成功制備出數(shù)平方厘米級的高質(zhì)量錫基鈣鈦礦薄膜，實現(xiàn)了在大面積器件上的紀(jì)錄級效率。下一步，團隊計劃與相關(guān)領(lǐng)域企業(yè)建立合作，建設(shè)實驗基地，推進錫基鈣鈦礦太陽能電池的產(chǎn)業(yè)化進程。

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