刷新世界纪录！中国研发新型太阳能电池稳态光电转换效率超28%

7月13日，在清洁能源领域，太阳能电池如何实现稳定、高效的光电转换，一直以来广受关注，也吸引相关科学家持续研究攻关。

中国科学院化学研究所李永舫院士、孟磊研究员团队最近在钙钛矿-有机叠层太阳能电池研究上取得重大突破性进展，他们创新提出“全阶段调控”策略，通过引入一种可光转换的添加剂分子，成功制备出稳态光电转换效率达到28.04%的高性能钙钛矿-有机叠层太阳能电池，再次刷新该类太阳能电池光电转换效率的世界纪录。

这项标志着钙钛矿-有机叠层太阳能电池向实际应用迈出关键一步、有望为人类迈向更远太空提供重要能源保障的重要科研成果论文，北京时间7月13日夜间在国际学术期刊《自然》上线发表。

新一代光伏技术重要方向

近年来，以钙钛矿太阳能电池和有机太阳能电池为代表的新一代光伏技术发展迅速，这类太阳能电池可通过溶液加工、卷对卷印刷和狭缝涂布等工艺实现大面积柔性制造，且器件厚度薄、质量轻，更适用于建筑光伏一体化、便携式能源、可穿戴设备、无人机、空间供能等对轻量化要求较高的应用场景。

为进一步提升太阳能电池的光电转换效率，叠层太阳能电池技术应运而生——通过中间连接层将多个具有不同带隙的子电池垂直堆叠，如同“光谱筛”般分工协作，更充分地利用太阳光谱。

其中，基于宽带隙钙钛矿前电池、窄带隙有机后电池构建的钙钛矿-有机叠层太阳能电池展现出独特优势：前电池、后电池两者在光谱吸收和器件稳定性上形成互补，展现出“1+1>2”的协同效应，被认为是兼具高效率、高稳定和广泛应用前景的重要新一代光伏技术方向。

破解一系列核心科技难题

钙钛矿-有机叠层太阳能电池是一种将宽带隙钙钛矿子电池与窄带隙有机子电池串联堆叠的新型光伏器件，旨在通过分工吸收不同波段太阳光来突破单结电池的效率极限。

然而，宽带隙钙钛矿材料长期面临在制备和运行阶段易发生成分分离，导致性能快速衰减的科学难题。

在钙钛矿-有机叠层器件中，相分离问题贯穿钙钛矿材料从“出生”到“工作”的全过程，成为制约器件效率和稳定性的核心技术难题。

同时，钙钛矿-有机叠层太阳能电池效率的进一步提升，长期受制于宽带隙钙钛矿前电池电压损失大、稳定性不足等问题。

论文第一作者、中国科学院化学研究所博士生吴睿涵介绍说，针对上述系列难题，研究团队设计出一种可光转换的添加剂分子TDB。结晶成膜阶段，TDB分子可与多种钙钛矿前驱体相互作用，最终形成碘溴分布更均一的宽带隙钙钛矿薄膜；光照运行阶段，富集在宽带隙钙钛矿晶界处的TDB分子被光激活，转化为一种新结构分子TAB，新分子TAB与钙钛矿表面结合更牢固，能够有效抑制碘相关缺陷形成，表现出更强的光照下抑制相分离作用。

在论文共同通讯作者孟磊研究员看来，本项研究的关键技术难题是如何让高溴含量宽带隙钙钛矿从“惧光”变成“驭光”。新引入的TDB分子正是实现这一转变的关键——结晶成膜阶段稳定混合卤素相，光照运行阶段转化为更强锚定钝化分子，从源头到使用全过程抑制相分离。这正是“全阶段调控”策略的核心要义。

实现效率与稳定性双突破

2024年，中国科学院化学研究所团队通过揭示宽带隙钙钛矿上表面有效钝化机制，实现26.4%(经第三方认证为25.7%)的叠层器件效率。

为取得进一步突破，该团队基于“全阶段调控”思路，将经优化的宽带隙钙钛矿前电池与窄带隙有机后电池结合，制备出钙钛矿-有机叠层太阳能电池，实现28.80%的光电转换效率，经第三方认证稳态效率达28.04%，再次创下该类器件光电转换效率的世界纪录。

更重要的是，在持续光照运行625小时后，钙钛矿-有机叠层太阳能电池器件仍保持初始效率的90%，展现出良好的工作稳定性。

论文共同通讯作者李永舫院士表示，钙钛矿-有机叠层太阳能电池兼具轻量化、柔性化和高比功率优势，将为能源结构进一步转型和地球可持续发展提供新的科学技术路径，可广泛应用于建筑、交通、可穿戴设备等地面场景，也有潜力在卫星等航天领域发挥积极作用。

本项研究成果后续通过进一步研发和推广应用，太阳能将不仅服务于地球上的生产生活，更有可能成为人类迈向更远太空的重要能源保障。