科技日报记者 王春 通讯员 沈涵
记者10月16日从复旦大学获悉，该校智能材料与未来能源创新学院梁佳青年研究员团队研发出了锡基钙钛矿太阳能电池，不仅实现了全生命周期无害化，还突破了光电转换效率的世界纪录。这一创新成果攻克了无铅、可持续绿色光伏技术的关键难题，标志着我国在清洁能源材料领域再获突破。该成果于10月15日在线发表于《自然》。
长久以来，科研人员常关注于提升铅基钙钛矿太阳能电池效率，但铅污染始终如“达摩克利斯之剑”般悬于头顶。为打造一款真正绿色无害的太阳能电池，梁佳团队将目光锁定在同样具有优异光电特性、但环境友好的“锡”元素上。
锡基钙钛矿太阳能电池虽足够绿色无害，器件的稳定性和光电转换效率却比较低。原因之一在于，该领域太阳能电池目前多采用高分子聚合物作为空穴传输层材料，而该聚合物固有的吸湿性、酸性以及对紫外光和水分敏感等特性会加速锡基钙钛矿材料的氧化与降解，大幅限制器件的效率和稳定性。
针对这一问题，研究团队提出了一种巧妙的“双层空穴传输层”结构。该结构以稳定性优异的氧化镍为底层基底，并在其上构筑一层自组装单分子层，从而形成均一且功能协同的复合功能层。“氧化镍与钙钛矿直接接触，表面的氧空位会引起锡基钙钛矿的分解，自组装的分子层能够分隔开它们。”梁佳解释。
梁佳介绍，团队在过去五年里围绕缺陷调控、界面优化、载流子抽取和功能层设计等关键科学问题持续攻关，系统建立了从材料生长到能带调控、界面工程的完整技术体系，最终成功制备出绿色环保和转换高效的锡基钙钛矿太阳能电池。该太阳能电池经第三方权威认证，光电转换效率达到了17.7%。此前，锡基钙钛矿光电转换效率的世界纪录是16.5%左右。这一成果打破该纪录，在锡基钙钛矿太阳能电池转换效率方面成为了世界第一。
依托前期成果，梁佳团队同步开展了大面积电池制备与可扩展性研究，推进技术从实验室走向实际应用。目前，团队已成功制备出数平方厘米级的高质量锡基钙钛矿薄膜，实现了在大面积器件上的纪录级效率。下一步，团队计划与相关领域企业建立合作，建设实验基地，推进锡基钙钛矿太阳能电池的产业化进程。
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