實(shí)驗(yàn)室里的光芒，正悄然改變能源未來的格局

一種新型太陽能技術(shù)正以前所未有的速度刷新著光電轉(zhuǎn)換的紀(jì)錄。就在近期，中國科研團(tuán)隊(duì)在鈣鈦礦太陽能電池領(lǐng)域取得了一系列突破，效率紛紛突破27%門檻，甚至出現(xiàn)了令人矚目的34%的疊層電池效率。

這些數(shù)字背后，是怎樣的一場技術(shù)革命？

1、效率突破，中國科研團(tuán)隊(duì)領(lǐng)跑

鈣鈦礦太陽能電池近期成為能源領(lǐng)域的熱點(diǎn)，多個(gè)中國科研團(tuán)隊(duì)相繼報(bào)告了效率突破27%的成果。

華中科技大學(xué)武漢光電國家研究中心陳煒-劉宗豪教授團(tuán)隊(duì)與韓國學(xué)者合作，在《自然-能源》發(fā)表研究成果，報(bào)道了認(rèn)證效率27.27% 的倒置鈣鈦礦太陽能電池。

這一效率數(shù)據(jù)獲得了權(quán)威認(rèn)證，創(chuàng)造了倒置結(jié)構(gòu)電池的新紀(jì)錄。

電子科技大學(xué)團(tuán)隊(duì)則在鈣鈦礦/晶硅疊層電池領(lǐng)域走得更遠(yuǎn)，他們制備的疊層電池效率已經(jīng)超過34%，并在65℃高溫環(huán)境中連續(xù)工作1200小時(shí)后，效率仍保持初始值的96%以上。

南京大學(xué)譚海仁教授課題組也不甘示弱，他們在全鈣鈦礦疊層電池領(lǐng)域經(jīng)國際權(quán)威認(rèn)證的轉(zhuǎn)換效率高達(dá)30.1%，這是多晶薄膜太陽能電池首次實(shí)現(xiàn)超過30%的效率。

2、技術(shù)革新，破解決策瓶頸

這些效率突破的背后，是多項(xiàng)原創(chuàng)性技術(shù)的誕生。華中科技大學(xué)團(tuán)隊(duì)提出了一種“溶劑化中間相驅(qū)動(dòng)的表面相轉(zhuǎn)變策略”。

他們在后處理階段引入極微量極性非質(zhì)子溶劑NMP，誘導(dǎo)鈣鈦礦表面經(jīng)歷 “溶劑化中間相→α相” 的全新晶化路徑。

這種方法顯著改善了界面能級排列，降低非輻射復(fù)合，提升表面結(jié)晶質(zhì)量，從而實(shí)現(xiàn)了效率的飛躍。

電子科技大學(xué)團(tuán)隊(duì)則針對自組裝空穴傳輸層在老化過程中易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)有序性衰退的問題，提出了原位構(gòu)筑交聯(lián)自組裝空穴傳輸層的新策略。

這一方法在穩(wěn)定空穴傳輸層結(jié)構(gòu)的同時(shí)，有效增強(qiáng)了鈣鈦礦界面的鈍化效果與晶體薄膜質(zhì)量。

南京大學(xué)團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑，在鈣鈦礦/空穴傳輸層界面處設(shè)計(jì)了一種正偶極取向的偶極鈍化層。

他們開發(fā)的基于短鏈剛性芳香苯環(huán)的偶極鈍化分子——對氨基苯磺酸，能精確構(gòu)建取向可控的正偶極鈍化層，有效減少界面非輻射復(fù)合損失。

3、穩(wěn)定性進(jìn)展，突破產(chǎn)業(yè)瓶頸

鈣鈦礦電池的商業(yè)化一直受限于其穩(wěn)定性。業(yè)內(nèi)專家曾直言不諱地指出：“鈣鈦礦目前不太穩(wěn)定，和晶硅的配置不是很完美，未來五年需要去解決穩(wěn)定性問題，才能夠量產(chǎn)，當(dāng)然也有可能永遠(yuǎn)解決不了。”

令人振奮的是，近期研究在穩(wěn)定性方面也取得了顯著進(jìn)展。電子科技大學(xué)團(tuán)隊(duì)制備的鈣鈦礦/晶硅疊層太陽電池，在65℃高溫環(huán)境中連續(xù)工作1200小時(shí)后，效率仍保持初始值的96%以上。

華北電力大學(xué)李美成教授課題組則針對有機(jī)半導(dǎo)體空穴傳輸層的摻雜難題，提出了“電解摻雜”策略，采用電解摻雜Spiro的正式電池儲(chǔ)存5000小時(shí)后仍保持初始效率的97%。

韓國蔚山國立科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種新型固體添加劑4CP，采用該添加劑的器件在連續(xù)運(yùn)行超過3000小時(shí)后仍能保持初始效率的80%。

4、應(yīng)用拓展，柔性電池開辟新場景

除了傳統(tǒng)剛性電池，柔性鈣鈦礦電池技術(shù)也取得了突破性進(jìn)展。隆基綠能聯(lián)合蘇州大學(xué)、西安交通大學(xué)等團(tuán)隊(duì)，研發(fā)的商業(yè)尺寸硅片級柔性疊層電池效率達(dá)29.8%，成為全球首個(gè)獲權(quán)威認(rèn)證的該類型電池效率世界紀(jì)錄。

研究團(tuán)隊(duì)通過將硅片厚度降至60微米，使其具備柔韌性，彎曲半徑低于2厘米也不會(huì)破裂。

他們創(chuàng)新構(gòu)建了 “疏松加致密”的雙層緩沖層結(jié)構(gòu)，其中疏松層能像彈簧床墊一樣吸收機(jī)械應(yīng)力，致密層則確保高效的電荷傳輸。

基于該技術(shù)研制的超薄全硅片柔性疊層器件厚度僅60微米，可對折，彎曲半徑僅1.5厘米，重量不到4.4克，單位重量功率高達(dá)1.77瓦/克。

這一突破為柔性晶硅-鈣鈦礦疊層電池在空間光伏、車載光伏等輕質(zhì)高功率光伏場景的商業(yè)開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

5、產(chǎn)業(yè)化前景，挑戰(zhàn)與機(jī)遇并存

盡管實(shí)驗(yàn)室成果頻傳捷報(bào)，但鈣鈦礦太陽能電池的產(chǎn)業(yè)化之路仍充滿挑戰(zhàn)。在2025第八屆中國國際光伏與儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)大會(huì)上，專家們對鈣鈦礦技術(shù)的商業(yè)化進(jìn)程表達(dá)了謹(jǐn)慎態(tài)度。

天合光能副總裁、光伏科學(xué)與技術(shù)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任陳奕峰指出：“鈣鈦礦疊層電池的高效率毋庸置疑，但是兩個(gè)月內(nèi)可能就衰減20%。”

他提醒業(yè)內(nèi)，要抱著謹(jǐn)慎的態(tài)度，同時(shí)懷抱希望去解決問題。

隆基綠能中央研究院研究一院院長童洪波則認(rèn)為，鈣鈦礦有更好的抗彎曲性，可考慮開拓商品級的應(yīng)用可能性。

“未必現(xiàn)在就需要和晶硅進(jìn)行可靠性或替代關(guān)系的思考，更多應(yīng)是其他差異化場景的思考。”

華晟新能源首席科學(xué)家王文靜強(qiáng)調(diào)，一個(gè)技術(shù)要想產(chǎn)業(yè)化，必須要經(jīng)過幾個(gè)階段：實(shí)驗(yàn)室的工藝定型、產(chǎn)業(yè)化設(shè)備開發(fā)、良率和成產(chǎn)業(yè)化效率的提升、產(chǎn)品可靠性及成本問題的解決。

在他看來，“鈣鈦礦技術(shù)還有很多不能定型的東西，產(chǎn)業(yè)化很遠(yuǎn)。”

鈣鈦礦太陽能電池的未來發(fā)展，可能不會(huì)完全取代晶硅技術(shù)，而是與之互補(bǔ)共存。隨著科研人員在材料配方、封裝技術(shù)、生產(chǎn)工藝上的持續(xù)突破，鈣鈦礦有望在五年內(nèi)實(shí)現(xiàn)初步商業(yè)化。

效率從27%向30%邁進(jìn)的過程，正是光伏技術(shù)革新的關(guān)鍵一步。實(shí)驗(yàn)室里的每一次閃光，都可能照亮我們通往清潔能源未來的道路。