给钙钛矿“抛光上漆” 太阳能电池也可兼得“高效”与“长寿”

来源:光明日报发布时间:2026-08-17 09:38:20

理想的钙钛矿太阳能电池须至少满足两个要求——效率要高,还得用得久。可现实中,太阳能电池往往效率冲得高、成本压得低,但寿命拖后腿。日前,北京大学材料科学与工程学院周欢萍教授团队发表相关成果,提出了基于等离子体的表面工程新策略,先给钙钛矿表面“抛光”、再“上漆”,把“高效”与“长寿”装进同一块电池。

钙钛矿凭什么被看好?“光电转换效率高、制备成本低、还能做成柔性器件,是公认的下一代光伏技术发展方向。”周欢萍介绍,然而,它有个天生的短板:材料晶格偏“软”,结晶生长、器件加工时,表面很容易长出大量缺陷。这些缺陷像墙上的坑洼,既白白浪费能量、又让离子在材料里乱跑,用不了多久,器件性能就明显下滑。这也成为钙钛矿规模化路上最大的绊脚石。

怎么填平这些坑洼?科研团队给出的办法,是给钙钛矿表面做一次“精装修”。先用氩气等离子体做物理刻蚀,把表面那层缺陷富集的“毛坯层”磨掉,这就是“抛光”;再用四氟化碳等离子体激活的氟物种,与表面未配位的铅离子原位反应,在钙钛矿表面筑起一层4至7纳米厚、连续致密的氟化铅“保护漆”。透射电镜、能谱分析等测试确认,这层“漆”又匀又牢,还不伤晶体内部结构。

“处理之后,变化一目了然:钙钛矿与电子传输层界面的缺陷密度降低了约一个数量级,坑洼被填平,能量不再白白流失;表面能级结构随之理顺,电荷提取更顺畅。”周欢萍说。

“效率与寿命,这次都拿到了高分。”周欢萍介绍,小面积电池实现27.2%的冠军光电转换效率;100平方厘米的太阳能模组达到24.0%,认证效率23.5%。稳定性效果同样优秀:小面积器件在85摄氏度、1个太阳光照射下连续运行2000小时,仍保有初始效率的98.1%;封装模组在65摄氏度下运行1600小时,保有99.3%;紫外老化、热老化、反向偏压、昼夜循环……一道道考验也均顺利通过。

“等离子体驱动的界面重构,突破了传统气相、液相、固相钝化方法在可控性、大面积均匀性上的限制,为未来高性能钙钛矿光伏组件产业化制备提供了重要技术参考。”周欢萍说。

新知解码

钙钛矿是什么?

别看它叫钙钛矿太阳能电池,其实里面既没有钙,也没有钛。“钙钛”来自最早发现的一种叫“钙钛矿”的矿石,这种矿石的成分是钙、钛、氧。电池里用“钙钛矿”借的只是它的晶体结构,材料本身是人工合成的铅卤化合物。

这种结构的奥妙在于“搭积木”:两种正离子、一种负离子,按固定格式在空间里排成骨架,换一块“积木”,材料的本事与“脾气”就跟着变,吸光、导电都能被调校。钙钛矿尤其擅长吸光,几百纳米厚的一层薄膜就能把阳光吃下,加上溶液低温就能加工,像“刷漆”一样一层层涂出来,性能还很好。正因如此,科学家才将它定为未来光伏技术的重要候选活性层材料之一。

责任编辑:肖舟
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