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2月7日，科技日?qǐng)?bào)記者從中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所（以下簡(jiǎn)稱“青島能源所”）獲悉，該所逄淑平研究員團(tuán)隊(duì)開發(fā)出新型氧化錫納米材料，并原位構(gòu)建二維/三維鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)，有望讓高效穩(wěn)定鈣鈦礦光伏組件的商業(yè)化成為現(xiàn)實(shí)。相關(guān)研究成果2月6日在國際學(xué)術(shù)期刊《自然·能源》發(fā)表。

作為新一代光伏技術(shù)領(lǐng)域的新星，鈣鈦礦太陽能電池的發(fā)電效率已接近傳統(tǒng)晶硅電池。由于其具備成本低廉、加工靈活等顯著優(yōu)勢(shì)，受到全球科研界與企業(yè)的廣泛關(guān)注。然而，鈣鈦礦太陽能電池內(nèi)部“界面”存在諸多小缺陷，如同路面坑洼，不僅影響電流傳輸，還導(dǎo)致電池易損壞，難以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期穩(wěn)定工作。

此前，雖有科學(xué)家嘗試通過添加二維材料修補(bǔ)缺陷，但修補(bǔ)材料在后續(xù)制作過程中易被溶劑溶解，無法達(dá)到保障電流順利傳輸?shù)哪康?。如何在電池底層界面?gòu)建穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，一直是行業(yè)內(nèi)的技術(shù)難題。為了解決這個(gè)問題，青島能源所科研團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種新型納米材料，命名為油胺修飾的氧化錫納米材料。

研究過程中，科研團(tuán)隊(duì)通過將長(zhǎng)鏈油胺配體接枝在氧化錫納米顆粒表面，直至加熱退火環(huán)節(jié)才被激活，在電池底層界面形成二維鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，與原有的三維鈣鈦礦結(jié)構(gòu)共同構(gòu)成“二維/三維異質(zhì)結(jié)”。這一特殊結(jié)構(gòu)如同為電池界面添加“防護(hù)膜”，使鈣鈦礦缺陷濃度降低到原來的十分之一，同時(shí)進(jìn)一步優(yōu)化了電池內(nèi)部的電流傳輸，使小尺寸電池的光電轉(zhuǎn)換效率高達(dá)26.19%，刷新了同類電池性能紀(jì)錄。

使用這種新材料，研究團(tuán)隊(duì)還進(jìn)一步制備了6×6平方厘米和10×10平方厘米的大面積鈣鈦礦光伏組件，其光電轉(zhuǎn)換效率分別達(dá)到23.44%和22.22%，展現(xiàn)了卓越的工藝放大能力。

研究證明，使用該材料的鈣鈦礦太陽能電池在連續(xù)工作超過3000小時(shí)后，仍能保持95%以上的初始性能，遠(yuǎn)超傳統(tǒng)鈣鈦礦太陽能電池，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)異的工作穩(wěn)定性。

（青島能源所供圖）