新型太陽能電池薄如蟬翼，其上下兩層卻能分別“捕捉”不同顏色的太陽光，合力將光變成電的效率推上新高度。記者從中國科學(xué)院化學(xué)研究所獲悉，中國科學(xué)院院士李永舫和研究員孟磊團(tuán)隊(duì)在鈣鈦礦—有機(jī)疊層太陽能電池研究上取得重大突破，成功將該類器件的穩(wěn)態(tài)認(rèn)證光電轉(zhuǎn)換效率提升至28.04%，刷新世界紀(jì)錄。相關(guān)成果于13日在《自然》上發(fā)表。

鈣鈦礦—有機(jī)疊層太陽能電池就像一道精心設(shè)計(jì)的光譜篩，上層寬帶隙鈣鈦礦材料主要吸收高能光子，下層窄帶隙有機(jī)材料專攻近紅外光，二者協(xié)同能夠突破這類電池的光電轉(zhuǎn)換效率極限。“然而，含溴和碘的寬帶隙鈣鈦礦材料長期有個(gè)‘懼光’的毛病：在制備和光照時(shí)，碘離子和溴離子容易分離，形成成分不均勻的區(qū)域，導(dǎo)致電池性能快速衰減。”李永舫介紹。

針對這一難題，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新提出“全階段調(diào)控”策略，設(shè)計(jì)出一種可光轉(zhuǎn)換添加劑分子。在制備成膜階段，該分子幫助溴和碘均勻混合，避免初始“分家”；在光照運(yùn)行階段，它又會轉(zhuǎn)變成結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定、錨定能力更強(qiáng)的新分子，牢牢護(hù)住鈣鈦礦晶界，有效阻斷離子遷移通道。

“新引入的可光轉(zhuǎn)換添加劑分子正是實(shí)現(xiàn)從‘懼光’到‘馭光’這一轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵。”孟磊說。得益于這一策略，團(tuán)隊(duì)將經(jīng)優(yōu)化的寬帶隙鈣鈦礦前電池與窄帶隙有機(jī)后電池結(jié)合，制備出鈣鈦礦—有機(jī)疊層太陽能電池。經(jīng)認(rèn)證，該類器件的穩(wěn)態(tài)認(rèn)證效率達(dá)28.04%。在持續(xù)光照運(yùn)行625小時(shí)后，器件仍能保持初始效率的90%，展現(xiàn)出良好的工作穩(wěn)定性。

李永舫表示，鈣鈦礦—有機(jī)疊層太陽能電池兼具輕量化、柔性和高比功率優(yōu)勢，未來可廣泛應(yīng)用于建筑光伏一體化、可穿戴設(shè)備、無人機(jī)乃至空間站和深空探測等航天領(lǐng)域，“將為能源結(jié)構(gòu)進(jìn)一步轉(zhuǎn)型和地球可持續(xù)發(fā)展提供新的科學(xué)技術(shù)路徑”。

新知前瞻

科幻場景加速照進(jìn)現(xiàn)實(shí)

想象一下這樣的未來：穿在身上的外套可以在陽光下隨時(shí)給手機(jī)充電；無人機(jī)不必因電池耗盡而返航；建筑外墻不再是冰冷的混凝土，而是整棟樓的“發(fā)電皮膚”；甚至飛向深空的探測器僅靠一層薄膜，就能獲得持久的能源補(bǔ)給……這些看似科幻的場景，正因鈣鈦礦—有機(jī)疊層太陽能電池的突破而加速照進(jìn)現(xiàn)實(shí)。

此前，李永舫和孟磊團(tuán)隊(duì)已將同類疊層器件效率推進(jìn)至26.4%，此番突破進(jìn)一步打通了從實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嶋H應(yīng)用的關(guān)卡。

與傳統(tǒng)光伏板必須架在支架上“曬太陽”不同，鈣鈦礦—有機(jī)疊層太陽能電池最大的魅力在于“輕”和“柔”。“它可以通過卷對卷印刷工藝像印報(bào)紙一樣快速量產(chǎn)，厚度僅為傳統(tǒng)硅電池的幾十分之一，可以彎曲、折疊甚至裁剪成任意形狀。”論文第一作者、中國科學(xué)院化學(xué)研究所博士生吳睿涵描述道。

在可穿戴設(shè)備領(lǐng)域，這種電池可以集成到衣物、背包、帳篷中，讓戶外運(yùn)動和野外作業(yè)徹底告別“充電焦慮”；在建筑光伏一體化領(lǐng)域，它可以附著在玻璃幕墻、弧形屋頂甚至窗簾上，讓整座城市變成一座垂直太陽能農(nóng)場；在無人機(jī)等飛行器領(lǐng)域，輕薄的電池薄膜幾乎不增加載荷，卻能成倍延長巡航時(shí)間。孟磊展望說：“未來高空長航時(shí)無人機(jī)，可能就是靠這層‘皮膚’實(shí)現(xiàn)數(shù)月甚至更久的駐空。”

更令人期待的是太空應(yīng)用。由于鈣鈦礦—有機(jī)疊層太陽能電池具有極高的比功率——單位重量能輸出的功率遠(yuǎn)超傳統(tǒng)太陽能電池，這對每克重量都要精打細(xì)算的航天器來說意義非凡。“發(fā)射成本是以克計(jì)價(jià)的，越輕意味著飛得越遠(yuǎn)。”李永舫表示，這類電池有望在空間站、衛(wèi)星乃至深空探測中發(fā)揮獨(dú)特作用，為人類邁向更遠(yuǎn)太空提供更加輕便高效的能源方案。

人民網(wǎng)>>經(jīng)濟(jì)·科技  2026年07月15日

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