复旦大学开发锡基钙钛矿太阳能电池

　　中化新网讯 长期以来高性能钙钛矿太阳能电池高度依赖铅元素，带来了巨大的环境和健康隐患。复旦大学智能材料与未来能源创新学院梁佳青年研究员团队研发出锡基钙钛矿太阳能电池，攻克了无铅、可持续绿色光伏技术的关键难题，标志着我国在清洁能源材料领域再获突破。相关成果于北京时间10月15日在《自然》期刊在线发表。

　　钙钛矿太阳能电池以高效率、低成本和易加工等优势成为新一代光伏技术的热门方向。然而，这一技术体系的核心材料含铅，存在环境与健康风险。如何在兼顾性能的前提下摆脱“铅”的束缚，实现真正绿色无害的光伏发电是国际学界亟待解决的关键问题。

　　2021年起，梁佳团队开始致力于破解这一难题。他们将目光锁定在同样具有优异光电特性且环境友好的锡元素上。锡基钙钛矿因具有理想带隙、高迁移率和良好环境相容性，被视为最具潜力的无铅替代体系。然而，由于锡离子易氧化、晶体结构不稳定、界面缺陷多等问题，其性能长期停滞不前。梁佳团队在起步研究时就发现其光电转换效率非常低，不到10%。此外，铅基和锡基在晶体生长动力学和薄膜成膜机理上也存在本质差异。

　　为解决这些问题，梁佳团队围绕缺陷调控、界面优化、载流子抽取和功能层设计等关键科学问题持续攻关，系统建立了从材料生长到能带调控和界面工程的完整技术体系，成功制备出绿色环保和转换高效的锡基钙钛矿太阳能电池。经第三方权威认证，该团队制备的锡基钙钛矿太阳能电池的光电转换效率达到17.7%。

　　依托前期成果，梁佳团队同步开展了大面积电池制备与可扩展性研究，推进技术从实验走向应用。通过优化溶液工艺与薄膜沉积方法，该团队成功制备出数平方厘米级的高质量锡基钙钛矿薄膜，实现了在大面积器件上的纪录级效率。这一成果表明，该技术具备优异的可放大性和工程兼容性。

　　“在材料成本上，锡基太阳能电池的理论成本不仅比硅基低很多，而且能够与柔性基底、印刷电子及卷对卷制造工艺深度兼容。”梁佳介绍说，与传统铅基体系相比，锡基体系的禁带宽度更接近理想光伏材料的理论值，更有利于实现高光电转换效率和大面积低成本制备的统一。此外，锡基太阳能电池的弱光发电性也十分突出。目前使用的室内光伏，通常借助硅基电池，其光电转换效率在10%左右，而新技术的转换效率在30%左右。

　　“这项技术已经实现真正的无铅化，解决了目前行业中铅基钙钛矿的铅毒性问题。我们会继续通过各种方式对其功能层进行调节，以实现更高效率和更稳定的目标。”梁佳总结道，下一步，团队希望与相关领域企业建立合作，继续推进锡基钙钛矿太阳能电池的产业化，在光伏建筑一体化、可穿戴能源器件、汽车车顶以及离网清洁供能系统等领域实现广泛部署。