8月2日，北京理工大學前沿交叉科學研究院發布太陽能電池領域重要研發進展：針對鈣鈦礦和晶硅疊層太陽能電池的效率和壽命問題，科研團隊提出“晶核工程策略”，制備出高質量的電池薄膜材料，顯著提高了太陽能電池長期運行的效率和穩定性。相關成果發表在國際權威學術期刊《科學》上。
據介紹，北京理工大學等國內單位科研團隊合作，成功突破鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池制備技術難題，并開發出光電轉換效率達32.5%、具有長期運行穩定性的鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池。相關成果2日在國際學術期刊《科學》發表。
當前，生產生活中較常見的太陽能電池為晶硅電池，其光電轉化效率在26%左右。鈣鈦礦/晶硅疊層電池是一種新型太陽能電池，由晶硅和鈣鈦礦兩種材料組合吸光，相較傳統晶硅電池具有發電成本低、光電轉化效率高的特點。長期以來，這款新型電池在制備過程中，常出現鈣鈦礦薄膜不均勻和晶體質量差等問題，導致成品出現缺陷，影響光電轉化率和使用壽命。
“制備這種疊層電池，是在晶硅電池上先鍍一層鈣鈦礦前驅液，該前驅液干燥時逐漸形成晶核并結晶，最后‘長’成寬帶隙的鈣鈦礦薄膜。但由于鈣鈦礦材料里的組分多樣、晶種相態復雜，導致‘長’出的薄膜不均勻。”北理工前沿交叉科學研究院教授陳棋說，團隊創新提出寬帶隙鈣鈦礦結晶控制策略，在前驅液中添加長鏈烷基胺，促使高質量晶核加速“生長”，抑制低質量晶核“生長”，從而制備出均勻的高質量寬帶隙鈣鈦礦薄膜。
北理工材料學院助理教授陳怡華介紹，團隊基于這一創新思路，分別制備出1平方厘米和25平方厘米的鈣鈦礦/晶硅疊層電池，對應實現的光電轉換效率為32.5%和29.4%，均優于傳統的晶硅太陽能電池。此外，經過最大功率點跟蹤測試后，樣品展現出長期運行穩定性。
實驗證明，擁有這種薄膜的太陽能電池材料具有更穩定的光熱轉換效率。科研人員將封裝的鈣鈦礦和晶硅疊層太陽能電池置于標準光照條件下，在25攝氏度和50攝氏度的溫度下分別跟蹤1301小時和800小時后，電池仍能保持超90%的初始效率。相較于此前的電池樣品，具有更長的運行壽命。
陳棋透露，電池還展現出在極端環境應用的可能性：在全譜光照、零下溫度、低氣壓下運行56小時后，依然保留了初始效率的90.4%。下一步，團隊將圍繞鈣鈦礦和晶硅疊層太陽能電池持續開展研發，使壽命更長、運行更穩定的電池盡快投入使用。
陳棋表示，該成果為鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池發展打下關鍵技術基礎，有望推動其產業化應用，提升光伏發電效能，助力能源綠色低碳轉型。
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