著名的《科学》杂志正刊首发了中国科学家在太阳能电池研究方面的最新科研成果。华东师范大学方俊锋教授团队的相关研究被审稿人评价为：“创造了新的反型钙钛矿电池效率世界纪录，首次实现转化效率大于24%的反型钙钛矿电池”“突破了反型器件效率低这一长期以来困扰钙钛矿电池发展的关键瓶颈问题，为钙钛矿电池的研究开辟了新的思路与方向”。


【第三代电池，最有希望低成本光伏发电】

在全球气候变化和“双碳”目标下，光伏技术的发展受到世界各国广泛重视。钙钛矿型太阳能电池（perovskite solar cells），利用钙钛矿型的有机—金属卤化物杂化半导体作为吸光材料，属于第三代太阳能电池，也被称作新概念太阳能电池。它成本低、效率高，被认为是最有希望实现低成本发电的新型光伏技术之一。

类型上，钙钛矿电池又分为正型n-i-p电池和反型p-i-n电池。“相对正型钙钛矿，反型钙钛矿电池有其自身的优势。其可低温制备、工艺简单、稳定性好，同时能够和晶硅电池兼容，实现叠层电池的制备，”研究团队表示，“反型钙钛矿/晶硅叠层，是钙钛矿电池商业化应用的路径之一。”此外，反型钙钛矿电池不需使用具有光催化活性的二氧化钛以及掺杂的有机空穴传输层，光照下的输出稳定性更好，更具发展潜力。

“尽管反型器件具有诸多优势，但目前高效率的钙钛矿电池基本上都基于正型器件，其电池效率已经达到25%，而反型钙钛矿电池的效率则明显偏低，其最高效率仍维持在22—23%。”专家说，“因此，如何缩小正反型器件效率差距，实现高效稳定反型器件的制备，一直是钙钛矿电池研究领域一个焦点和难点。”

对此，研究团队以华东师范大学为第一单位，与中科院宁波材料所合作完成了这项新研究。来自物理与电子科学学院李晓冬副研究员为论文第一作者，方俊锋教授则为论文唯一通讯作者。

【转化效率创新高，但有稳定性才有应用】

经过反复实验论证，课题组采用构筑表面异质结，提高器件内建电场的思路。基于此方法，采用课题组此前报道的含羧酸基团的聚噻吩衍生物作为空穴传输层，同时将富勒烯衍生物pcbm作为电子传输层，首次将反型钙钛矿电池的转化效率提高到24%以上。经权威第三方认证，其效率也达23.5%。

“我们通过构筑性能优异的界面异质结，使钙钛矿表面的费米能级上移，从而在界面处引入一个额外电场，抑制界面复合。这是其能实现反型电池高效率的主要原因。”科学家解释说。


除了提高反型钙钛矿电池的转化效率，该研究还实现了电池稳定性的大幅提升。“对于所有太阳能电池来说，没有稳定性就没有应用。”第一作者李晓冬谈到，“钙钛矿电池的稳定性格外重要，这是目前制约其走向商业化应用的一个关键瓶颈。”

研究发现，通过实验提升，电池经过2200小时的85摄氏度高温加速老化，效率可以保持在初始值的91.8%。55摄氏度左右的光照下，经过1000小时的连续最大功率输出加速老化测试，效率也能够稳定在初始值的90%以上。

可以说，通过合理优化设计，完全可以制备兼具高效率和高稳定性的反型钙钛矿电池。“在国家宏观政策、产业界的支持以及科研人员的配合下，钙钛矿电池极有希望走向商业应用。”研究团队透露，“未来我们将继续围绕高效稳定的反型钙钛矿电池深入研究，探索构建高效界面异质结的新方案，进一步提升器件效率和稳定性；还会开展一些大面积钙钛矿电池模组研究，推动实用化研究。”

原标题：这种第三代太阳能电池转化效率创造出世界纪录！中国科学家在《科学》正刊发文