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光伏技术向更高效率、更轻量化方向迈进的进程中,单结电池的效率天花板正日益逼近理论极限。叠层电池通过将不同吸光材料纵向堆叠,可突破单结电池的肖克利-奎伊瑟极限,被视为下一代
光伏技术的重要方向。近日,
中科院化学研究所李永舫院士、孟磊研究员团队在这一领域取得重大突破——其研发的
钙钛矿-有机叠层太阳能电池经第三方认证,
稳态光电转换效率高达28.04%,刷新同类器件全球纪录,相关成果已发表于国际顶级期刊《自然》杂志。
传统家用及电站用太阳能板属于单结电池,仅使用单一吸光材料,只能捕获特定波段的光线,大量光能未被有效利用。而钙钛矿-有机叠层电池采用两层不同材料纵向堆叠,分别吸收不同波段的太阳光,大幅拓宽光谱响应范围,理论转化效率上限远超传统晶硅光伏。
此前,这类叠层电池长期面临稳定性短板——在持续光照下性能衰减明显,难以满足商业化应用的寿命要求。李永舫院士、孟磊研究员团队此次创新性地引入新型添加剂分子TDB,从薄膜制备到器件长期工作的全过程中实现精准调控,有效抑制了钙钛矿和有机层之间的界面退化,从根本上缓解了衰减难题。
钙钛矿-有机叠层太阳能电池器件
第三方认证数据显示,该电池稳态光电转换效率达28.04%,不仅大幅超越同类叠层器件的过往纪录,也显著高于当前主流单晶硅电池约26%的实验室效率。在耐用性方面,器件经持续光照625小时后仍保留初始效率的90%,稳定性远超此前同类器件,为钙钛矿-有机叠层技术的商业化扫清了关键障碍。
与传统硅基光伏板不同,这款新型电池具有轻薄、柔性的显著优势,无需厚重的刚性衬底支撑,大大拓展了应用边界。其潜在落地场景极为广泛:可贴附于建筑外墙实现一体化光伏幕墙,为建筑提供清洁电力;也可作为轻量化移动电源,为户外设备、无人机等提供能源补给;其轻质特性更适配卫星等航天器,为太空任务提供持续可靠的电力支持。
此次纪录的刷新,不只是实验室数据的攀升,更标志着中国在新一代光伏技术赛道已跻身全球前列。在国内光伏产业长期以硅基路线为主体的格局下,钙钛矿-有机叠层技术的突破为能源转型提供了全新的技术选项——它意味着
光伏发电的效率上限有望持续拉高,度电成本有望进一步下降。李永舫院士团队表示,下一步将重点优化大面积制备工艺和量产适配性,推动这一轻薄高效的新型光伏技术尽快从实验室走向民用、工业与航天等多元化应用场景,为全球绿色能源革命贡献“中国方案”。
相关表征以及钙钛矿-有机叠层太阳能电池结构以及效率进展