1+1>2的太阳能“叠叠乐”？且看清洁能源的“中国方案”！

太阳能电池是清洁能源革命的核心，但传统硅基电池效率接近理论极限，且生产成本高。近年来，钙钛矿太阳能电池异军突起，因其高效率、低成本备受关注。然而，这类电池的“阿喀琉斯之踵”是稳定性差——高温、光照下容易降解，寿命短。近日，华南理工大学严克友教授团队在《自然》杂志发表重磅研究，宣布开发出全球首款全无机(jī)钙(gài)钛(tài)矿(kuàng)串联太阳能电池，效率突破22.57%，更在高温下稳定运行上千小时。这项成果或将彻底改变太阳能产业的未来。

一、钙钛矿的“致命弱点”与科学家的破局之道

传统钙钛矿电池使用含有机分子的材料，虽然效率高，但有机成分易受光、热破坏，导致电池性能快速衰减。科学家们曾尝试用全无机材料（如铯、铅、锡）替代有机成分，提升稳定性，但新问题随之而来：无机钙钛矿薄膜易产生孔洞(dòng)和(hé)缺(quē)陷(xiàn)，电(diàn)子(zi)在(zài)传(chuán)输(shū)过(guò)程(chéng)中(zhōng)被(bèi)“陷(xiàn)阱(jǐng)”捕(bǔ)获(huò)，效(xiào)率(lǜ)大(dà)打(dǎ)折(zhé)扣(kòu)。

研(yán)究(jiū)团(tuán)队(duì)发(fā)现(xiàn)，问(wèn)题(tí)的(de)关键在(zài)于(yú)材(cái)料(liào)制(zhì)备过程中的“配体演化”（Ligand Evolution, LE）。他们创新性地引入一种小分子——对甲苯磺酰肼（PTSH），就像给建筑材料添加“智能粘合剂”：

调控结晶：PTSH与铅、锡离子结合，减缓晶体生长速度，形成致密无孔的高质量薄膜。

消(xiāo)除(chú)缺(quē)陷(xiàn)：高(gāo)温(wēn)下(xià)，PTSH将(jiāng)有(yǒu)害(hài)的(de)Sn⁴⁺还(hái)原(yuán)为(wèi)稳(wěn)定(dìng)的(de)Sn²⁺，同(tóng)时(shí)生(shēng)成(chéng)对(duì)甲(jiǎ)苯(běn)磺(huáng)酸(suān)（PTSA），覆(fù)盖(gài)晶界，阻止水分和氧气入侵。

这一策略让电池的电子传输更顺畅，缺陷减少80%，效率从12.36%跃升至17.41%，创下无机窄带隙钙钛矿电池的世界纪录。

二、串联设计：1+1>2的太阳能“叠叠乐”

单层电池只能吸收特定波长的光，而串联电池通过叠放不同带隙的材料，可捕获(huò)更(gèng)广(guǎng)光(guāng)谱。研究团队将1.92 eV宽带隙钙钛矿（吸收蓝紫(zǐ)光(guāng)）与(yǔ)1.31 eV窄(zhǎi)带(dài)隙(xì)钙(gài)钛(tài)矿(kuàng)（吸(xī)收红光）结合，制成两端串联结构，最终效率高达22.57%，并通过第三方认证（21.92%）。

更令人惊叹的是其耐久性：

65℃高(gāo)温(wēn)下(xià)连(lián)续(xù)工(gōng)作(zuò)1510小(xiǎo)时(shí)，效(xiào)率(lǜ)仅(jǐn)衰(shuāi)减(jiǎn)20%（传(chuán)统(tǒng)钙(gài)钛(tài)矿(kuàng)电(diàn)池(chí)几(jǐ)小(xiǎo)时(shí)便(biàn)崩(bēng)溃(kuì)）。

85℃极(jí)端(duān)环(huán)境(jìng)下(xià)稳(wěn)定(dìng)运(yùn)行(xíng)800小(xiǎo)时(shí)，远(yuǎn)超(chāo)同(tóng)类(lèi)产(chǎn)品(pǐn)。
这(zhè)得(de)益(yì)于(yú)PTSH策(cè)略(è)和(hé)原(yuán)子(zi)层(céng)沉积（ALD）技术，后者在电池表面镀上10纳米氧化锡层，彻底锁住离子迁移通道。

三、从实验室到屋顶：未来能源的无限可能

这项突破不仅是学术上的里程碑，更具实际应用价值(zhí)：

低(dī)成(chéng)本(běn)：无(wú)机(jī)材(cái)料(liào)价(jià)格(gé)低(dī)廉(lián)，且(qiě)制(zhì)备(bèi)工(gōng)艺(yì)与(yǔ)现(xiàn)有(yǒu)产(chǎn)线(xiàn)兼(jiān)容(róng)。

轻(qīng)量(liàng)化(huà)：钙(gài)钛(tài)矿(kuàng)薄(báo)膜(mó)可(kě)制(zhì)成(chéng)柔(róu)性(xìng)器(qì)件(jiàn)，应(yīng)用(yòng)于(yú)建(jiàn)筑(zhù)外(wài)墙(qiáng)、车(chē)载(zài)光(guāng)伏(fú)甚(shén)至(zhì)可(kě)穿戴设备。

环境友好：减少对稀有金属的依赖，且全无机材料更易回收。

研究团(tuán)队(duì)表示，下一步将优化大面积组件的均匀性，并探索与硅基电池的叠层设计，目标直指30%以上的实用化效率。

四、结语：清洁能源的“中国方案”

全球变暖与能源危机迫在眉睫，这项来自中国科学家的突破，为太阳能技术注入强心剂。高效、稳定的钙钛矿电池一旦商业化，度电成本将大幅降低，加速全球能源转型。或许不久的将来，每一缕阳光都能被更高效地捕获，点亮人类可持续发展的未来。

科学，终将让阳光照进现实。

本文基于《自然》论文《Durable all-inorganic perovskite tandem photovoltaics》撰(zhuàn)写(xiě)，数(shù)据(jù)来(lái)源(yuán)：Nature | Vol 637 | 30 January 2025。

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