8月2日，北京理工大学前沿交叉科学研究院发布太阳能电池领域重要研发进展：针对钙钛矿和晶硅叠层太阳能电池的效率和寿命问题，科研团队提出“晶核工程策略”，制备出高质量的电池薄膜材料，显著提高了太阳能电池长期运行的效率和稳定性。相关成果发表在国际权威学术期刊《科学》上。
据介绍，北京理工大学等国内单位科研团队合作，成功突破钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池制备技术难题，并开发出光电转换效率达32.5%、具有长期运行稳定性的钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池。相关成果2日在国际学术期刊《科学》发表。
当前，生产生活中较常见的太阳能电池为晶硅电池，其光电转化效率在26%左右。钙钛矿/晶硅叠层电池是一种新型太阳能电池，由晶硅和钙钛矿两种材料组合吸光，相较传统晶硅电池具有发电成本低、光电转化效率高的特点。长期以来，这款新型电池在制备过程中，常出现钙钛矿薄膜不均匀和晶体质量差等问题，导致成品出现缺陷，影响光电转化率和使用寿命。
“制备这种叠层电池，是在晶硅电池上先镀一层钙钛矿前驱液，该前驱液干燥时逐渐形成晶核并结晶，最后‘长’成宽带隙的钙钛矿薄膜。但由于钙钛矿材料里的组分多样、晶种相态复杂，导致‘长’出的薄膜不均匀。”北理工前沿交叉科学研究院教授陈棋说，团队创新提出宽带隙钙钛矿结晶控制策略，在前驱液中添加长链烷基胺，促使高质量晶核加速“生长”，抑制低质量晶核“生长”，从而制备出均匀的高质量宽带隙钙钛矿薄膜。
北理工材料学院助理教授陈怡华介绍，团队基于这一创新思路，分别制备出1平方厘米和25平方厘米的钙钛矿/晶硅叠层电池，对应实现的光电转换效率为32.5%和29.4%，均优于传统的晶硅太阳能电池。此外，经过最大功率点跟踪测试后，样品展现出长期运行稳定性。
实验证明，拥有这种薄膜的太阳能电池材料具有更稳定的光热转换效率。科研人员将封装的钙钛矿和晶硅叠层太阳能电池置于标准光照条件下，在25摄氏度和50摄氏度的温度下分别跟踪1301小时和800小时后，电池仍能保持超90%的初始效率。相较于此前的电池样品，具有更长的运行寿命。
陈棋透露，电池还展现出在极端环境应用的可能性：在全谱光照、零下温度、低气压下运行56小时后，依然保留了初始效率的90.4%。下一步，团队将围绕钙钛矿和晶硅叠层太阳能电池持续开展研发，使寿命更长、运行更稳定的电池尽快投入使用。
陈棋表示，该成果为钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池发展打下关键技术基础，有望推动其产业化应用，提升光伏发电效能，助力能源绿色低碳转型。
