中化新網(wǎng)訊 長(zhǎng)期以來(lái)高性能鈣鈦礦太陽(yáng)能電池高度依賴(lài)鉛元素，帶來(lái)了巨大的環(huán)境和健康隱患。復(fù)旦大學(xué)智能材料與未來(lái)能源創(chuàng)新學(xué)院梁佳青年研究員團(tuán)隊(duì)研發(fā)出錫基鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，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)志著我國(guó)在清潔能源材料領(lǐng)域再獲突破。相關(guān)成果于北京時(shí)間10月15日在《自然》期刊在線發(fā)表。

　　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(mén)方向。然而，這一技術(shù)體系的核心材料含鉛，存在環(huán)境與健康風(fēng)險(xiǎn)。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)電是國(guó)際學(xué)界亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

　　2021年起，梁佳團(tuán)隊(duì)開(kāi)始致力于破解這一難題。他們將目光鎖定在同樣具有優(yōu)異光電特性且環(huán)境友好的錫元素上。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。梁佳團(tuán)隊(duì)在起步研究時(shí)就發(fā)現(xiàn)其光電轉(zhuǎn)換效率非常低，不到10%。此外，鉛基和錫基在晶體生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)和薄膜成膜機(jī)理上也存在本質(zhì)差異。

　　為解決這些問(wèn)題，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。經(jīng)第三方權(quán)威認(rèn)證，該團(tuán)隊(duì)制備的錫基鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到17.7%。

　　依托前期成果，梁佳團(tuán)隊(duì)同步開(kāi)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)走向應(yīng)用。通過(guò)優(yōu)化溶液工藝與薄膜沉積方法，該團(tuán)隊(duì)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。這一成果表明，該技術(shù)具備優(yōu)異的可放大性和工程兼容性。

　　“在材料成本上，錫基太陽(yáng)能電池的理論成本不僅比硅基低很多，而且能夠與柔性基底、印刷電子及卷對(duì)卷制造工藝深度兼容?！绷杭呀榻B說(shuō)，與傳統(tǒng)鉛基體系相比，錫基體系的禁帶寬度更接近理想光伏材料的理論值，更有利于實(shí)現(xiàn)高光電轉(zhuǎn)換效率和大面積低成本制備的統(tǒng)一。此外，錫基太陽(yáng)能電池的弱光發(fā)電性也十分突出。目前使用的室內(nèi)光伏，通常借助硅基電池，其光電轉(zhuǎn)換效率在10%左右，而新技術(shù)的轉(zhuǎn)換效率在30%左右。

　　“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。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)?！绷杭芽偨Y(jié)道，下一步，團(tuán)隊(duì)希望與相關(guān)領(lǐng)域企業(yè)建立合作，繼續(xù)推進(jìn)錫基鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的產(chǎn)業(yè)化，在光伏建筑一體化、可穿戴能源器件、汽車(chē)車(chē)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。