“均匀化”钙钛矿太阳能电池：光电转换效率达26.1%

近日，中科院合肥固体所、中科院光伏与节能材料重点实验室研究员潘旭、田兴友团队与韩国成均馆大学教授Nam-Gyu Park、华北电力大学教授戴松元合作，首次发现阳离子分布不均匀是影响钙钛矿太阳能电池性能的主要原因，并成功制备出“均匀化”的钙钛矿太阳能电池，获得26.1%的光电转换效率，认证效率为25.8%。相关研究成果日前在线发表于《自然》。

值得一提的是，该论文成果从正式接收到见刊仅用了一周多时间。

“该研究为进一步提升高效、稳定的钙钛矿太阳能电池性能提供了明确的方向，对推动其走向商业化发展具有重要意义。”论文共同通讯作者潘旭告诉《中国科学报》。

《自然》的一位审稿专家评价该成果称，“这项工作为钙钛矿领域有效抑制离子相偏析提供了宝贵的见解，将有助于推动钙钛矿太阳能电池的商业化”。

太阳能电池领域“新秀”

太阳能是地球上生命最主要的能量来源。它取之不尽，与煤、石油这些传统能源相比，更加清洁环保。科研人员发明了太阳能发电技术，将光能转化为电能，用于生产生活需求。而钙钛矿太阳能电池正是太阳能电池领域里的一位“新秀”。

“这里要科普一个概念，钙钛矿不是一种矿物质，而是一种晶体结构。它对于可见光具备非常高的吸收和转化效率，天生具有能制备高效率太阳能电池的特性。”潘旭说。

“钙钛矿太阳能电池效率提升是前所未有的。”潘旭做了一个对比，晶硅太阳能电池效率由最初的3%提升到目前的26%，花了将近80年时间；而钙钛矿太阳能电池效率由3.8%提升到目前的26%，只用了10多年时间。

除了优异的效率，钙钛矿太阳能电池制作工艺简单、成本低。在常温下，将几种化学物质混合在溶液中，再像“刷墙”一样将溶液“刷”在衬底上，就可得到钙钛矿薄膜。最后加上电子传输层、金属电极等功能层，一块钙钛矿太阳能电池就制作完成。

“一块钙钛矿太阳能电池，厚度约为1微米，相当于一张A4纸厚度的百分之一。”潘旭解释说，薄，意味着电池本身整体重量很轻，可以叠加在现有的晶硅太阳能电池上；薄，意味着透光性好，可以获取更多光能；薄，但柔性强，未来有望应用在航天航空、可穿戴设备上。

然而，如此“完美”的钙钛矿太阳能电池仍然存在一些问题。比如，稳定性差、目前户外使用寿命仅有2年至3年、光电转换效率提升速度明显放缓，这些都是制约钙钛矿太阳能电池产业化发展的核心问题，也是科研人员攻坚的难点所在。

此次工作中，潘旭等人首次发现，钙钛矿薄膜内的阳离子在垂直方向上分布不均匀，于是提出“均匀化”阳离子相分布策略，并制备出高效钙钛矿太阳能电池，获得26.1%的光电转换效率，连续光照稳定性测试达到2500个小时。

“很酷”的高分辨率

论文上线后，潘旭手机信息“爆了”，很多业界同行发来祝贺信息。其中有条信息是这样写的：“这个高分辨率很酷。”

一下子就被同行“点出”研究亮点，潘旭有一些小满足。

在过去10多年的发展中，大量研究工作集中在钙钛矿薄膜平面的性质及优化上，而钙钛矿薄膜内部就像一个“黑匣子”，人们对其晶体生长、成分分布情况缺乏深入的认识，基本靠推断。