在清洁能源的研究领域，钙钛矿太阳电池因其优异的光电性能和相对低的生产成本，一直备受关注。中国科学院宁波材料技术与工程研究所的研究团队在这一领域取得了重要进展，成功突破了钙钛矿叠层太阳电池的光电性能世界纪录，为未来高效环保太阳能电池的发展奠定了基础。该成果在全球权威期刊《自然・能源》上发布，标志着中国在太阳能技术研究领域的领先地位。
突破背景
长期以来，钙钛矿叠层太阳电池由于其光电转换效率高和灵活应用而受到广泛关注。这一技术也面临一些科学和工程上的挑战，特别是在材料的稳定性和制造过程的复杂性上。柔性钙钛矿叠层太阳电池结合了钙钛矿材料的优越光电性能与铜铟镓硒（CIGS）材料的机械柔韧性，展现出在轻质柔性光伏产品中的广阔应用前景。
尽管如此，CIGS底电池表面的粗糙性使得钙钛矿活性层难以实现均匀覆盖，同时，传统的自组装单分子（SAMs）作为空穴传输材料的应用也存在团簇效应以及界面脱附的问题。这些问题严重限制了叠层器件，尤其是大面积器件的光电转换效率及其长期的稳定性。
研发过程及技术创新
在这一背景下，宁波材料技术与工程研究所的研究团队在叶继春研究员的带领下，开展了针对钙钛矿叠层太阳电池的深入研究。团队提出了一种反溶剂种子层策略，旨在解耦SAMs的吸附与溶解过程，并结合钙钛矿的晶种诱导生长。这一策略在解决表面粗糙度、提高钙钛矿的润湿性和结晶质量等方面发挥了重要作用。
具体而言，在溶解过程中使用的高极性溶剂有助于抑制样品中的团簇结构，而在吸附过程中，低极性反溶剂则提供了良好的热力学环境以促进SAMs的吸附。这种策略有效改善了钙钛矿的结晶质量，促进了其与底部CIGS材料的界面粘附力，从而提升了器件的整体光电性能。
世界纪录的达成
经过长达数月的实验和优化，研究团队在1.09平方厘米的器件上成功实现了钙钛矿叠层太阳电池的新纪录，显著提升了其光电转换效率和长期稳定性。这一突破不仅为钙钛矿太阳电池的实用化提供了新的可能性，也为后续的相关研究提供了重要的理论基础和技术支持。
应用前景与未来展望
随着这项技术的成功实施，柔性钙钛矿叠层太阳电池有望在可穿戴设备、建筑一体化光伏及各种便携式光电设备中得到应用。随着制备工艺的不断成熟和成本的进一步降低，这种高效太阳能电池的推广将极大地推动可再生能源的普及和应用。
在全球日益重视绿色能源的今天，开发高效、稳定的太阳能电池具有重要的战略意义。宁波材料技术与工程研究所的这一创新不仅极大地提升了中国在这一领域的国际竞争力，也为全球应对能源危机和气候变化做出了积极贡献。
这次钙钛矿叠层太阳电池的技术突破，为未来的清洁能源发展提供了强劲动力，标志着在新能源材料研发和应用实践方面，中国科学家走在了世界前列。未来，我们期待看到更多在光伏领域的创新与进展，推动可再生能源的快速发展，实现可持续发展的愿景。