我国团队提出预晶种策略 攻克钙钛矿组件大面积制备难题

钙钛矿太阳能电池因高效率和溶液加工工艺的优势,被视为下一代光伏技术的重要方向;但在倒置结构电池中,底部界面的微观缺陷一直难以有效控制,严重影响电池性能和稳定性。这个问题如同建筑地基不稳,直接威胁整个结构的安全性和耐久性,成为制约钙钛矿光伏商业化的关键障碍。 长期以来,学界和产业界为解决此难题进行了大量探索,但始终未能找到既高效又实用方案。根本原因在于,传统工艺难以在钙钛矿薄膜底部构筑出致密、平整且结晶取向良好的活性层,导致孔洞、深晶界等缺陷频繁出现,最终影响电池的转换效率和稳定性。 针对这一核心难题,中国科学院青岛生物能源与过程研究所、太阳能光电转化与利用全国重点实验室与香港科技大学的研究团队开发出"晶体-溶剂化物预晶种"调控方法。这一策略的核心是在基底上预先沉积一层特殊设计的低维卤化物溶剂化物晶体作为"晶种",为随后的钙钛矿薄膜生长提供引导支架。通过这种协同机制,研究人员成功在钙钛矿薄膜底部构筑了高质量的活性层,从根本上消除了常见的埋底界面缺陷。 为验证这一策略的产业化潜力,研究团队将其与适合大规模生产的狭缝涂布工艺相结合。实验结果显示,他们成功制备出入光面积达49.91平方厘米的钙钛矿太阳能微型组件,获得23.15%的认证效率。更重要的是,从实验室小电池到较大面积组件的效率损失率不超过3%,充分展现了该工艺的放大能力和均匀性控制水平,为规模化生产奠定了基础。 这项研究的意义不仅在于解决一个技术难题。"晶体-溶剂化物预晶种"概念本身是一个强大的材料平台,可以通过改变组分衍生出多种功能化晶种,为钙钛矿乃至其他新型软物质半导体光电器件的精密制造开辟了新的技术路径。 从应用前景看,钙钛矿光伏技术因其轻薄、柔韧的特性,在建筑一体化光伏、可穿戴电子、新能源汽车等领域具有独特优势。此次突破有望加速这些领域的商业化进程,为清洁能源发展注入新的科技动力。

这项源自中国实验室的原创技术标志着光伏产业向高效率、低成本目标迈出坚实一步;在碳中和目标引领全球能源变革的今天,科技创新正成为破解绿色发展难题的关键。随着更多基础研究成果向产业实践转化,中国有望在新能源技术竞赛中取得更多突破。