這一創(chuàng)新成果攻克了無(wú)鉛、可持續(xù)綠色光伏技術(shù)的關(guān)鍵難題，標(biāo)志我國(guó)在清潔能源材料領(lǐng)域再獲突破，未來(lái)有望融入人類日常生活。相關(guān)成果以《基于均一埋底界面的錫基鈣鈦礦太陽(yáng)能電池》(Tin-based perovskite solar cells with a homogeneous buried interface)為題，于北京時(shí)間 10 月 15 日晚間在《自然》(Nature)期刊以加速預(yù)覽的形式在線發(fā)表。

　　據(jù)IT之家了解，在全球清潔能源的競(jìng)賽中，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池以高效率、低成本和易加工等優(yōu)勢(shì)成為新一代光伏技術(shù)的熱門方向。

　　然而，這一技術(shù)體系的核心材料含鉛，潛在的環(huán)境與健康風(fēng)險(xiǎn)始終如“達(dá)摩克利斯之劍”般懸于頭頂。如何在兼顧性能的前提下擺脫“鉛”的束縛，實(shí)現(xiàn)真正綠色無(wú)害的光伏發(fā)電?這是國(guó)際學(xué)界亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

　　自 2021 年回國(guó)加入復(fù)旦，梁佳團(tuán)隊(duì)便投身“追光”之路，致力于破解這一問(wèn)題。為實(shí)現(xiàn)綠色無(wú)害化，他們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?！拔覀兊哪繕?biāo)很明確，就是打造一款真正綠色、全生命周期無(wú)害的太陽(yáng)能電池?！彼硎?。

　　錫基鈣鈦礦因具有理想帶隙、高遷移率和良好環(huán)境相容性，被視為最具潛力的無(wú)鉛替代體系。然而，由于錫離子易氧化、晶體結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定、界面缺陷多等問(wèn)題，其性能長(zhǎng)期停滯不前。長(zhǎng)久以來(lái)，傳統(tǒng)研究更多借用鉛基鈣鈦礦的功能層來(lái)提高效率，很少有人另辟蹊徑，徹底摒棄這些功能層，重新尋找新型的、和錫基鈣鈦礦更匹配的功能層來(lái)提升效率。

　　錫基雖足夠綠色無(wú)害，但是性能存在“扯后腿”問(wèn)題。梁佳團(tuán)隊(duì)起初發(fā)現(xiàn)其光電轉(zhuǎn)換效率非常低，不到 10%。同時(shí)，鉛基和鋅基在晶體生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)和薄膜成膜機(jī)理上存在本質(zhì)差異?？梢哉f(shuō)，以“錫”代“鉛”是一次走出“舒適圈”的挑戰(zhàn)。

　　過(guò)去五年，梁佳團(tuán)隊(duì)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(wèn)題持續(xù)攻關(guān)，系統(tǒng)建立了從材料生長(zhǎng)到能帶調(diào)控和界面工程的完整技術(shù)體系，成功制備出綠色環(huán)保和轉(zhuǎn)換高效的錫基鈣鈦礦太陽(yáng)能電池。

　　錫基鈣鈦礦太陽(yáng)能電池

　　這一成果經(jīng)第三方權(quán)威認(rèn)證，光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了 17.7%，打破了此前 16.5% 左右的鈣鈦礦光電轉(zhuǎn)換效率世界紀(jì)錄，成為目前錫基鈣鈦礦太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率的世界第一。

　　“這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)真正的無(wú)鉛化，解決了目前行業(yè)中鉛基鈣鈦礦的鉛毒性問(wèn)題。未來(lái)，我們會(huì)繼續(xù)通過(guò)各種方式對(duì)其功能層進(jìn)行調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)更高效率和更穩(wěn)定的目標(biāo)。”梁佳總結(jié)。

　　下一步，團(tuán)隊(duì)希望與相關(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(yáng)能電池的產(chǎn)業(yè)化。未來(lái)，這一綠色光伏技術(shù)有望在光伏建筑一體化、可穿戴能源器件、汽車車頂以及離網(wǎng)清潔供能系統(tǒng)等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)廣泛部署。