我國科研團隊成功突破疊層太陽能電池制備難題

8月2日，北京理工大學前沿交叉科學研究院發布太陽能電池領域重要研發進展：針對鈣鈦礦和晶硅疊層太陽能電池的效率和壽命問題，科研團隊提出“晶核工程策略”，制備出高質量的電池薄膜材料，顯著提高了太陽能電池長期運行的效率和穩定性。相關成果發表在國際權威學術期刊《科學》上。

近年來，鈣鈦礦和晶硅疊層太陽能電池，一直是可再生能源領域內的研究熱點。我國科學家將光電性質優異的鈣鈦礦材料和具有技術優勢的晶體硅光伏材料結合，形成疊層太陽能電池，應用于移動充電設備、農村電力供應等領域。

由北理工前沿交叉科學研究院教授陳棋帶領的能源光電子團隊與復雜環境科學探測研究團隊，一直致力于研發具有長期穩定性和更長使用壽命的疊層太陽能電池。“關鍵是對電池材料內部結晶生長過程進行精準控制。然而，材料組分復雜，形成的電池薄膜容易分布不均，造成電池缺陷。”陳棋解釋，針對該問題，團隊經過反復論證和實驗，提出了一種“晶核工程策略”——大幅抑制其他非理想晶核的產生，減少晶核在結晶生長中受局部環境的影響，從而制備出了高質量的電池薄膜。

應用晶核工程，團隊制備出具有更低非輻射復合損失的寬帶隙鈣鈦礦薄膜與鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池。基于1平方厘米和25平方厘米活性面積的器件分別取得了32.5%（第三方評估為32.0%）和29.4%（第三方評估為28.9%）的光電轉換效率。同時，這些薄膜也表現出更好的光熱穩定性。光老化200小時后，薄膜的PL波長漂移得到顯著抑制。85°C熱老化831小時后，薄膜的XRD信號與初始狀態保持一致，晶體質量保持良好。封裝的鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池于標準光照條件下，在25°C和50°C分別跟蹤1301小時和800小時后，保持了初始效率的98.3%和90%，相比較于未優化的樣品，具有更長的運行壽命。此外，器件也展現出在臨近空間等極端環境應用的可能性。封裝后的器件在全譜光照、245 K、5 kPa 低氣壓下運行56小時后，依然保留了初始效率的90.4%。

陳棋表示，該成果為鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池發展打下關鍵技術基礎，有望推動其產業化應用，提升光伏發電效能，助力能源綠色低碳轉型。

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