電子發(fā)燒友網(wǎng)綜合報(bào)道，在全球能源結(jié)構(gòu)加速向清潔能源轉(zhuǎn)型的當(dāng)下，太陽(yáng)能作為極具潛力的可再生能源，其高效利用始終是科學(xué)界的核心研究課題。近日，我國(guó)科研團(tuán)隊(duì)在太陽(yáng)能電池技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)重大突破，深圳理工大學(xué)白楊教授聯(lián)合復(fù)旦大學(xué)褚君浩院士團(tuán)隊(duì)在《自然 - 通訊》發(fā)表研究成果，成功研發(fā)出超穩(wěn)定、高效率的寬帶隙鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，并構(gòu)建出性能優(yōu)良的全鈣鈦礦疊層器件。

鈣鈦礦材料因具備低成本、高光電轉(zhuǎn)換能力的特點(diǎn)，被視為下一代太陽(yáng)能技術(shù)的核心材料。然而，并非所有鈣鈦礦材料都能輕易實(shí)現(xiàn)高效與穩(wěn)定的平衡。

此次研究聚焦的 Cs?.?FA?.?DMA?.?Pb(I?.?Br?.?)?寬帶隙鈣鈦礦（1.77eV 帶隙）存在先天缺陷，其晶體結(jié)構(gòu)中的離子容易“亂跑”形成空位缺陷，在光照條件下還易發(fā)生“鹵化物相分離”。這兩大問(wèn)題直接導(dǎo)致電池發(fā)電效率下降，甚至失去實(shí)用價(jià)值。如何讓這類材料既保持高效發(fā)電能力，又能長(zhǎng)期穩(wěn)定工作，成為制約鈣鈦礦太陽(yáng)能電池商業(yè)化的關(guān)鍵瓶頸。

面對(duì)這一挑戰(zhàn)，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地引入醚環(huán)超分子（冠醚）調(diào)控策略。通過(guò)精確調(diào)控鹵化物與單價(jià)陽(yáng)離子及鉛離子的配位作用，團(tuán)隊(duì)有效干預(yù)了鈣鈦礦結(jié)晶動(dòng)力學(xué)，使晶體結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)固。

更重要的是，這種超分子工程策略成功抑制了光照下的鹵化物相分離，確保能量能夠高效轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的電能輸出。

這一技術(shù)突破如同給鈣鈦礦材料加上了“雙重保險(xiǎn)”，從結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和能量轉(zhuǎn)換效率兩方面同時(shí)提升了電池性能。

據(jù)介紹，基于這種超分子工程策略制備的寬帶隙鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，展現(xiàn)出三大優(yōu)異性能。

一是出色的光電轉(zhuǎn)換效率：基于該技術(shù)的單結(jié)寬帶隙器件，光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到 21.01%，在同類研究中處于領(lǐng)先水平；二是優(yōu)異的工作穩(wěn)定性：在最大功率點(diǎn)跟蹤測(cè)試中，連續(xù)運(yùn)行 1000 小時(shí)后，電池效率仍能保持初始值的 95%，這意味著它能長(zhǎng)期穩(wěn)定工作，無(wú)需頻繁更換；三是疊層器件高效率：基于該技術(shù)構(gòu)建的兩端全鈣鈦礦疊層太陽(yáng)能電池獲得了 28.44%的光電轉(zhuǎn)換效率（認(rèn)證效率 27.92%）。

研究團(tuán)隊(duì)表示，冠醚分子與鈣鈦礦前驅(qū)體的良好配合使結(jié)晶過(guò)程易于精確調(diào)控，且制備工藝簡(jiǎn)單，便于大規(guī)模生產(chǎn)。這意味著該技術(shù)有望走出實(shí)驗(yàn)室，真正融入日常生活。

未來(lái)，將其應(yīng)用于大規(guī)模太陽(yáng)能電站，可顯著降低發(fā)電成本，使清潔能源在與傳統(tǒng)能源的競(jìng)爭(zhēng)中更具優(yōu)勢(shì)；在新能源汽車領(lǐng)域，它能為車輛提供輕量化、高效率的太陽(yáng)能充電解決方案，延長(zhǎng)續(xù)航里程；在便攜式電子設(shè)備上，高效穩(wěn)定的太陽(yáng)能電池也將為設(shè)備續(xù)航帶來(lái)新的可能，減少對(duì)傳統(tǒng)充電方式的依賴。

隨著全球?qū)μ贾泻湍繕?biāo)的推進(jìn)，清潔能源技術(shù)的重要性日益凸顯。我國(guó)科學(xué)家在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池領(lǐng)域的這一突破，不僅為下一代太陽(yáng)能技術(shù)發(fā)展奠定了關(guān)鍵材料基礎(chǔ)，更將加速清潔能源的普及應(yīng)用。

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