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記者10月16日從復(fù)旦大學(xué)獲悉，該校智能材料與未來能源創(chuàng)新學(xué)院梁佳青年研究員團(tuán)隊(duì)研發(fā)出了錫基鈣鈦礦太陽能電池，不僅實(shí)現(xiàn)了全生命周期無害化，還突破了光電轉(zhuǎn)換效率的世界紀(jì)錄。這一創(chuàng)新成果攻克了無鉛、可持續(xù)綠色光伏技術(shù)的關(guān)鍵難題，標(biāo)志著我國在清潔能源材料領(lǐng)域再獲突破。該成果于10月15日在線發(fā)表于《自然》。

長久以來，科研人員常關(guān)注于提升鉛基鈣鈦礦太陽能電池效率，但鉛污染始終如“達(dá)摩克利斯之劍”般懸于頭頂。為打造一款真正綠色無害的太陽能電池，梁佳團(tuán)隊(duì)將目光鎖定在同樣具有優(yōu)異光電特性、但環(huán)境友好的“錫”元素上。

錫基鈣鈦礦太陽能電池雖足夠綠色無害，器件的穩(wěn)定性和光電轉(zhuǎn)換效率卻比較低。原因之一在于，該領(lǐng)域太陽能電池目前多采用高分子聚合物作為空穴傳輸層材料，而該聚合物固有的吸濕性、酸性以及對紫外光和水分敏感等特性會(huì)加速錫基鈣鈦礦材料的氧化與降解，大幅限制器件的效率和穩(wěn)定性。

針對這一問題，研究團(tuán)隊(duì)提出了一種巧妙的“雙層空穴傳輸層”結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)以穩(wěn)定性優(yōu)異的氧化鎳為底層基底，并在其上構(gòu)筑一層自組裝單分子層，從而形成均一且功能協(xié)同的復(fù)合功能層。“氧化鎳與鈣鈦礦直接接觸，表面的氧空位會(huì)引起錫基鈣鈦礦的分解，自組裝的分子層能夠分隔開它們。”梁佳解釋。

梁佳介紹，團(tuán)隊(duì)在過去五年里圍繞缺陷調(diào)控、界面優(yōu)化、載流子抽取和功能層設(shè)計(jì)等關(guān)鍵科學(xué)問題持續(xù)攻關(guān)，系統(tǒng)建立了從材料生長到能帶調(diào)控、界面工程的完整技術(shù)體系，最終成功制備出綠色環(huán)保和轉(zhuǎn)換高效的錫基鈣鈦礦太陽能電池。該太陽能電池經(jīng)第三方權(quán)威認(rèn)證，光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了17.7%。此前，錫基鈣鈦礦光電轉(zhuǎn)換效率的世界紀(jì)錄是16.5%左右。這一成果打破該紀(jì)錄，在錫基鈣鈦礦太陽能電池轉(zhuǎn)換效率方面成為了世界第一。

依托前期成果，梁佳團(tuán)隊(duì)同步開展了大面積電池制備與可擴(kuò)展性研究，推進(jìn)技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嶋H應(yīng)用。目前，團(tuán)隊(duì)已成功制備出數(shù)平方厘米級(jí)的高質(zhì)量錫基鈣鈦礦薄膜，實(shí)現(xiàn)了在大面積器件上的紀(jì)錄級(jí)效率。下一步，團(tuán)隊(duì)計(jì)劃與相關(guān)領(lǐng)域企業(yè)建立合作，建設(shè)實(shí)驗(yàn)基地，推進(jìn)錫基鈣鈦礦太陽能電池的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

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