1+1>2的太阳能“叠叠乐”？且看清洁能源的“中国方案”！

太(tài)阳(yáng)能(néng)电(diàn)池(chí)是(shì)清(qīng)洁(jié)能(néng)源(yuán)革(gé)命(mìng)的(de)核(hé)心(xīn)，但(dàn)传(chuán)统(tǒng)硅(guī)基(jī)电(diàn)池(chí)效(xiào)率(lǜ)接(jiē)近(jìn)理(lǐ)论(lùn)极(jí)限(xiàn)，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钙钛矿串联太阳能电池，效率突破22.57%，更在高温下稳定运行上千小时。这项成果(guǒ)或(huò)将(jiāng)彻(chè)底(dǐ)改(gǎi)变(biàn)太(tài)阳(yáng)能(néng)产(chǎn)业(yè)的(de)未(wèi)来(lái)。

一(yī)、钙(gài)钛(tài)矿(kuàng)的(de)“致(zhì)命(mìng)弱(ruò)点(diǎn)”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(shēng)稳(wěn)定(dìng)性(xìng)，但(dàn)新(xīn)问(wèn)题(tí)随(suí)之(zhī)而(ér)来(lái)：无(wú)机(jī)钙(gài)钛(tài)矿(kuàng)薄(báo)膜(mó)易(yì)产(chǎn)生(shēng)孔(kǒng)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)的关键在于材料制备过程中的“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。

消除缺陷：高温下，PTSH将有害的Sn⁴⁺还原为稳定的Sn²⁺，同时生成对甲苯磺酸（PTSA），覆盖晶界，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(tài)矿(kuàng)电(diàn)池(chí)的(de)世(shì)界(jiè)纪(jì)录(lù)。

二(èr)、串(chuàn)联(lián)设(shè)计(jì)：1+1>2的(de)太(tài)阳(yáng)能(néng)“叠(dié)叠(dié)乐(lè)”

单(dān)层(céng)电(diàn)池(chí)只(zhǐ)能(néng)吸(xī)收(shōu)特(tè)定(dìng)波(bō)长(zhǎng)的(de)光(guāng)，而(ér)串(chuàn)联(lián)电(diàn)池(chí)通(tōng)过(guò)叠(dié)放(fàng)不(bù)同(tóng)带(dài)隙的材料，可捕获更广光谱。研究团队将1.92 eV宽带隙钙钛矿（吸收蓝紫光）与1.31 eV窄带隙钙钛矿（吸收红光）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℃高温下连续工作1510小时，效率仅衰减20%（传统钙钛矿电池几小时便崩溃）。

85℃极端环境下稳定运行800小时，远超同类产品。
这得益于PTSH策略和原子层沉积（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：

低成本：无机材料价格低廉，且制备工艺与现有产线兼(jiān)容。

轻量化：钙钛矿薄膜可制成柔性器件，应用于建筑外墙、车载光伏甚至可穿戴设备。

环境友好：减少对稀有金属的依赖，且全无机材料更易回收。

研究团队表示，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》撰写，数据来源：Nature | Vol 637 | 30 January 2025。

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