7 月 29 日消息，中國(guó)科學(xué)院院士、南京航空航天大學(xué)教授郭萬(wàn)林團(tuán)隊(duì)提出了通過(guò)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(kāi)辟了利用太陽(yáng)光熱的新途徑。

最近，郭萬(wàn)林院士團(tuán)隊(duì)又有了新成果：在利用太陽(yáng)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(zhǎng)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(guò) 18%、超過(guò) 200 平方厘米的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池。

據(jù)介紹，該電池可以持續(xù)運(yùn)行壽命超過(guò) 4 萬(wàn)小時(shí)，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(yáng)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(yáng)能模組和器件打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，加快了鈣鈦礦太陽(yáng)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(yáng)能電池 (PSC) 的光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)超過(guò) 26%，接近基于硅的商業(yè)技術(shù)水平，但 PSC 面臨著長(zhǎng)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(lái)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(zhǎng)達(dá)數(shù)千小時(shí)穩(wěn)定運(yùn)行的太陽(yáng)能電池，但器件的尺寸僅至數(shù)平方厘米，無(wú)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(zhǎng)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(kāi)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(gè)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(guò) 18%，持續(xù)運(yùn)行壽命超過(guò) 4 萬(wàn)小時(shí)（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(guò)氣相氟化處理的太陽(yáng)能電池實(shí)現(xiàn)了更高的 PCE。0.16 cm2 單元電池和 228 cm2 太陽(yáng)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(yáng)能模組相當(dāng)。