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【 光電轉換率刷新世界紀錄！
鈣鈦礦光伏組件重大突破 】
首圖來源：科技日報
隨著人類太空活動的增多，發展兼具高效、輕質與強環境適應性的新一代空間光伏技術，已成為迫切需求。
全鈣鈦礦疊層太陽能電池具備更寬光譜利用能力，理論效率有望突破40%。同時，鈣鈦礦材料吸光系數高，僅需亞微米厚度即可實現高效光電轉換，其比功率（單位重量產生的功率）可達傳統剛性電池的10倍以上，能夠顯著降低發射重量并簡化太陽翼展開機構，為空間輕量化光伏系統提供了理想方案。
6月16日，據南京大學消息，該校先進制造學院肖科助理教授、化學學院王元元教授、現代工程與應用科學學院譚海仁教授團隊在全鈣鈦礦疊層光伏技術取得重要突破。
該校教授譚海仁團隊聯合仁爍光能（蘇州）有限公司團隊成功研制出大面積全鈣鈦礦疊層光伏組件，經日本電氣安全環境研究所（JET）認證，該組件的光電轉換效率高達26.2%，刷新了該面積等級全鈣鈦礦疊層光伏組件的世界紀錄。
6月15日，相關研究成果《Nanocrystal-tailored junction for all-perovskite tandem solar module》以快速預覽形式在線發表于《Nature》主刊。
來源：Nature
目前，將大面積全鈣鈦礦疊層光伏組件應用于太空，仍面臨一系列技術挑戰，例如組件復合連接層光學損失大，劇烈溫度沖擊會加速金屬擴散及有機層退化等，些問題嚴重制約了組件的效率提升和在空間輻照、真空、冷熱交變等極端環境下的長期運行可靠性。
針對這些問題，團隊此次制備出一種65平方厘米的無空穴傳輸層的隧穿復合結結構的光伏組件，該結構采用納米晶功能層替代傳統超薄金屬復合層，并去除聚3,4-乙烯二氧噻吩：聚苯乙烯磺酸鹽（PEDOT:PSS）空穴傳輸層，實現了界面連接層的結構重構。
“該設計顯著降低了光學損耗，提升了透光性能，同時改善了大面積制備中的均勻性與一致性?！闭撐牡谝蛔髡呒嫱ㄓ嵶髡摺⒛暇┐髮W先進制造學院助理教授肖科介紹，由于有效避免了金屬擴散與有機層退化問題，器件穩定性也得到明顯提升，從而為全鈣鈦礦疊層組件提供了更加可靠的界面結構。
由于去除了PEDOT:PSS空穴傳輸層，鉛-錫窄帶隙鈣鈦礦中的電荷輸運受到限制。為此，研究團隊通過體相與界面的協同調控，提升了空穴輸運能力。
此外，薄膜均勻性是提升大面積全鈣鈦礦疊層光伏組件效率的關鍵因素。為此，研究團隊基于刮涂工藝，針對鉛-錫窄帶隙鈣鈦礦開發了一種由2-甲氧基乙醇（2-Me）和四氫呋喃（THF）組成的二元共溶劑體系。兩者協同作用，實現了大尺寸鈣鈦礦薄膜的均勻可控制備，為疊層組件的規?；圃斓於斯に嚮A。
同時，團隊還發現，磷酸基空穴選擇性傳輸材料有助于緩解鉛-錫窄帶隙鈣鈦礦在大面積制備時的薄膜應力分布不均的問題。最終，所制備的65平方厘米全鈣鈦礦疊層組件獲得26.6%的實驗室認證效率，并經日本電氣安全與環境技術實驗室（JET）獨立認證達到26.2%，刷新了該面積等級全鈣鈦礦疊層組件的世界效率。
目前，我國太空光伏實驗正在加速。5月25日凌晨，神舟二十三號載人飛船與中國空間站天和核心艙成功對接。本次成功發射的神舟二十三號載人飛船共攜帶9項科學實驗上行中國空間站，其中，鈣鈦礦太陽能電池動態服役實驗備受矚目，這也是空間站首次開展此類實驗。
該實驗重點聚焦于兩類鈣鈦礦太陽能電池材料和器件——單結鈣鈦礦電池與鈣鈦礦基疊層電池。其中，單結鈣鈦礦電池由仁爍光能聯合南京大學、中國科學院半導體研究所共同研制。
（來源：南京大學、科技日報、央視新聞；整理：Penn）
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