7 月 29 日消息，中國科學(xué)院院士、南京航空航天大學(xué)教授郭萬林團(tuán)隊(duì)提出了通過功能材料與水相互作用直接將水中蘊(yùn)藏的能量轉(zhuǎn)換成電能的水伏效應(yīng)，開辟了利用太陽光熱的新途徑。

最近，郭萬林院士團(tuán)隊(duì)又有了新成果：在利用太陽光直接發(fā)電的光伏領(lǐng)域協(xié)同發(fā)力、另辟蹊徑，在面向商業(yè)化應(yīng)用的大面積長效穩(wěn)定鈣鈦礦電池研究方面取得里程碑式突破，他們采用全新的基于氣相的鈣鈦礦處理方法，制備出光電轉(zhuǎn)化效率超過 18%、超過 200 平方厘米的鈣鈦礦太陽能電池。

據(jù)介紹，該電池可以持續(xù)運(yùn)行壽命超過 4 萬小時，等效戶外運(yùn)行壽命超 25 年，刷新世界紀(jì)錄。相關(guān)論文已于 7 月 26 日發(fā)表在《科學(xué)》上（附 DOI：10.1126/science.adn9453）。

這一研究成果提供了一種面向大面積太陽能模組的氣相氟化處理方法，為獲得均勻且穩(wěn)定的大面積鈣鈦礦薄膜，以用于實(shí)現(xiàn)能滿足商業(yè)化要求的太陽能模組和器件打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，加快了鈣鈦礦太陽能電池從實(shí)驗(yàn)室研究到商業(yè)化應(yīng)用轉(zhuǎn)變的進(jìn)程。

根據(jù)官方解釋，小面積 (<0.1 cm2) 金屬鹵化物鈣鈦礦太陽能電池 (PSC) 的光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)超過 26%，接近基于硅的商業(yè)技術(shù)水平，但 PSC 面臨著長期運(yùn)行穩(wěn)定性不足的難題，這使得該領(lǐng)域的研究重點(diǎn)從提升轉(zhuǎn)換效率轉(zhuǎn)向改進(jìn)運(yùn)行穩(wěn)定性。為此，科學(xué)家們發(fā)展了如液相處理方法等來鈍化鈣鈦礦材料表面的缺陷，抑制材料運(yùn)行環(huán)境下的老化，從而實(shí)現(xiàn)了能長達(dá)數(shù)千小時穩(wěn)定運(yùn)行的太陽能電池，但器件的尺寸僅至數(shù)平方厘米，無法滿足商業(yè)化需求。如何在保持高的效率前提下實(shí)現(xiàn)大面積長效穩(wěn)定的 PSC 依然是本領(lǐng)域的重大挑戰(zhàn)。

鑒于此，科研團(tuán)隊(duì)開創(chuàng)性地發(fā)展了一種全新的基于氣相的處理方法 —— 氣相氟蒸汽處理方法，能在常壓下與鈣鈦礦表面進(jìn)行大面積均勻鈍化反應(yīng)。

與基于液相的方法不同，氣相氟化處理能夠在整個薄膜表面實(shí)現(xiàn)均勻的反應(yīng)物分布，并形成穩(wěn)固的化學(xué)鍵，抑制缺陷的形成并錨定表面附近的陰離子，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定超過 18%，持續(xù)運(yùn)行壽命超過 4 萬小時（等效戶外運(yùn)行壽命超 25 年），面積達(dá)到 200 平方厘米的鈣鈦礦電池，突破當(dāng)前世界記錄，是將鈣鈦礦材料由基礎(chǔ)研究推向應(yīng)用的一項(xiàng)里程碑式進(jìn)展。

經(jīng)過氣相氟化處理的太陽能電池實(shí)現(xiàn)了更高的 PCE。0.16 cm2 單元電池和 228 cm2 太陽能模組的光電轉(zhuǎn)換效率 (PCE) 分別為 24.8% 和 18.1%，這與同類最佳性能的太陽能模組相當(dāng)。