如何讓輕薄、柔韌的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池既保持高效率，又能穩(wěn)定、均勻地大面積生產(chǎn)？這是困擾學(xué)界與產(chǎn)業(yè)界的一個(gè)難題。近日，中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過(guò)程研究所、太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)化與利用全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合香港科技大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)，在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池埋底界面工程領(lǐng)域取得新突破。他們首創(chuàng)了“溶劑化物晶體預(yù)晶種”策略，為實(shí)現(xiàn)高效、可規(guī)�；a(chǎn)的鈣鈦礦光伏組件帶來(lái)了新的希望。該成果在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然-合成》發(fā)表。
△溶劑化物晶種加速結(jié)晶生長(zhǎng)及可控溶劑釋放過(guò)程
鈣鈦礦太陽(yáng)能電池被譽(yù)為“下一代光伏技術(shù)”的有力候選，兼具高效率和溶液加工的潛力。然而，在目前廣泛研究的倒置結(jié)構(gòu)電池中，底部界面難以控制的微觀缺陷，嚴(yán)重制約了電池性能和長(zhǎng)期穩(wěn)定性，如同“地基不牢”影響整體建筑的穩(wěn)固。
為解決這一核心難題，研究團(tuán)隊(duì)獨(dú)辟蹊徑，開(kāi)發(fā)出一種名為“晶體-溶劑化物預(yù)晶種”（CSV）的通用性調(diào)控方法。該方法的核心在于，預(yù)先在基底上沉積一層特殊設(shè)計(jì)的低維鹵化物溶劑化物晶體作為“晶種”預(yù)先鋪設(shè)于基底上。這一策略就像為鈣鈦礦薄膜的生長(zhǎng)提前搭建了“引導(dǎo)支架”。通過(guò)這一協(xié)同機(jī)制，研究人員成功在鈣鈦礦薄膜底部構(gòu)筑了致密、平整、結(jié)晶取向更佳的高質(zhì)量活性層，從根本上消除了常見(jiàn)的埋底界面孔洞和深晶界等缺陷。
△狹縫涂布制備鈣鈦礦薄膜
為了驗(yàn)證該策略的產(chǎn)業(yè)化潛力，團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步將其與適合大規(guī)模生產(chǎn)的“狹縫涂布”工藝相結(jié)合，成功制備出入光面積達(dá)49.91cm2的鈣鈦礦太陽(yáng)能微型組件，并獲得了23.15%的認(rèn)證效率，其從實(shí)驗(yàn)室小電池到較大面積組件的效率損失率極低（小于3%），展現(xiàn)了卓越的工藝放大能力和均勻性控制水平。
這項(xiàng)研究為攻克反式鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的界面瓶頸提供了一個(gè)高效、通用的解決方案，其提出的“晶體-溶劑化物預(yù)晶種”概念更是一個(gè)強(qiáng)大的材料平臺(tái)，可通過(guò)改變組分衍生出多種功能化“晶種”，為鈣鈦礦乃至其他新型軟物質(zhì)半導(dǎo)體光電器件的精密制造開(kāi)辟了全新的技術(shù)路徑。
該研究有望推動(dòng)鈣鈦礦光伏技術(shù)在建筑一體化、可穿戴電子、新能源汽車等領(lǐng)域的商業(yè)化進(jìn)程，為清潔能源的未來(lái)發(fā)展注入新的科技動(dòng)力。
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