记者从福建农林大学获悉,该校与厦门大学、西安交通大学组成的联合科研团队在钙钛矿太阳能电池技术领域取得重大突破,其研发的"分子压印退火"新技术有效破解了制约该技术产业化的核心瓶颈。
这一创新成果近日在国际顶级学术期刊《科学》上发表,标志着我国在新一代光伏技术研发方面迈出关键步伐。
钙钛矿太阳能电池作为极具发展潜力的下一代光伏技术,因其制备工艺相对简单、成本较低且理论转换效率可达31%而备受关注。
然而,该技术在走向规模化生产过程中面临严峻挑战,其中最为突出的问题是材料在高温制备环节中出现的性能急剧衰减现象。
深入的机理研究显示,问题根源在于热退火过程中碘元素的流失。
论文共同第一作者、福建农林大学青年学者蔡庆斌博士介绍,在传统热退火工艺中,材料内部的碘原子容易发生迁移和挥发,形成碘空位缺陷。
这些缺陷如同材料结构中的"薄弱环节",在热应力作用下不断扩展,最终引发材料整体性能的连锁式衰退。
现有的解决方案多采用后处理方式,通过液体钝化剂对已形成的缺陷进行修复。
但这种"亡羊补牢"式的方法不仅效果有限,液体处理过程还可能对薄膜材料造成额外损伤,难以从根本上解决问题。
面对这一技术难题,研究团队创新性地提出"固态分子压印退火"解决方案。
该技术的核心理念是在材料结晶生长的同时实施保护,而非事后修复。
具体而言,研究人员设计了一种特殊的固态分子印章,在薄膜加热结晶过程中,通过物理压印方式将功能分子精确植入材料表面和晶界位置。
这种创新工艺具有多重优势。
首先,整个过程无需使用溶剂,避免了液体对薄膜的潜在侵蚀;其次,功能分子能够有效"锁定"碘元素,从源头抑制碘空位的产生和扩散;再次,分子印章可重复使用数十次,显著降低了生产成本。
实验验证结果表明,采用新技术制备的钙钛矿太阳能电池在效率和稳定性两个关键指标上均实现显著提升。
在转换效率方面,小面积器件达到26.6%的国际先进水平,大面积组件也保持了优异的性能表现。
更为重要的是,在严苛的稳定性测试中,电池展现出卓越的耐久性:在85摄氏度高温、60%相对湿度环境下连续工作1600小时后,性能保持率仍达98.6%;在常温干燥条件下放置5000小时,性能保持率超过97%。
业内专家认为,这项技术突破具有重要的产业化意义。
长期以来,稳定性不足一直是制约钙钛矿太阳能电池商业化应用的主要障碍。
新技术的成功开发不仅深化了对材料衰减机理的科学认识,更为该领域提供了一条切实可行的产业化路径。
从更广阔的视角来看,这一成果对我国清洁能源技术发展具有积极意义。
随着"双碳"目标的深入推进,高效、稳定、低成本的光伏技术需求日益迫切。
钙钛矿太阳能电池技术的成熟将为我国光伏产业提供新的增长点,进一步巩固我国在全球清洁能源领域的领先地位。
这项源自中国实验室的原创技术,不仅为清洁能源发展提供了新的技术选项,更彰显了我国在新能源领域从"跟跑"到"领跑"的转型态势。
随着"双碳"目标深入推进,此类基础研究的突破将持续释放创新红利,为全球能源革命贡献中国智慧。
未来需要产学研协同推进,加速实验室成果向现实生产力的转化,让更多"科技种子"在产业沃土中生根发芽。