中科院宁波材料所提出结晶同步化新策略 全钙钛矿叠层太阳能电池性能获双重突破

2026-08-09 09:44:44来源：互联网

近日，中国科学院宁波材料技术与工程研究所的科研团队，针对全钙钛矿叠层太阳能电池发展中的核心瓶颈，提出一种基于化学硬度理论的多组分钙钛矿结晶同步化调控策略，成功推动这类下一代高效光伏器件的效率与稳定性实现关键突破，相关研究成果发表于国际顶尖学术期刊《自然-纳米技术》。

全钙钛矿叠层太阳能电池是当前光伏领域公认的下一代高效技术方向，其通过宽带隙与窄带钙钛矿子电池的组合，能更充分地吸收太阳光谱能量。不过，这类电池的吸光层体系包含多种卤素离子或金属离子，多组分特征导致不同前驱体物种在成膜过程中极易出现成核与结晶速率不匹配的问题，进而引发垂直组分分布不均、晶格应力累积、缺陷大量形成等一系列连锁反应，最终造成非辐射复合增强，严重制约了器件的效率提升与长期稳定性表现，成为行业内亟待解决的核心难题。

基于前期在钙钛矿太阳能电池领域的研究积累，科研团队创新性地引入化学硬度理论，设计出一套精准的结晶同步化调控方案。该方案依托硬软酸碱理论，根据不同前驱体组分的化学硬度差异，定制具有选择性配位能力的阴离子添加剂，以此精准干预多组分钙钛矿体系的成核与晶体生长过程。经过大量实验验证，研究人员发现二氟草酸硼酸根离子可有效调控宽带隙钙钛矿中的卤素结晶行为，四氟硼酸根离子则更适配窄带隙锡铅钙钛矿体系。通过选择性配位与结晶动力学的协同调控，添加剂能够让不同组分的成核与生长过程保持同步，不仅有效抑制了垂直方向的组分不均问题，还显著降低了薄膜的缺陷密度与应力累积，最终制备出均匀性更高、质量更优的钙钛矿薄膜。

得益于这一调控策略，全钙钛矿叠层太阳能电池的器件性能与稳定性得到大幅提升。其中，基于该策略构筑的两端刚性叠层器件，实现了30.3%的光电转换效率，且该数值已获得权威认证；在最大功率点连续跟踪测试1000小时后，器件仍能保持初始效率的92%，稳定性表现远超行业常规水平。同时，该策略的适用性还延伸至柔性器件领域，优化后的柔性全钙钛矿叠层太阳能电池最高效率达到28.2%，对应的认证效率为28.0%，为轻质柔性光伏产品的商业化研发提供了可行路径。

这项研究不仅揭示了复杂组分钙钛矿体系中结晶不同步与组分不均的深层形成机制，更建立了一套基于软硬酸碱原理的添加剂设计思路，为高效稳定、轻质柔性的全钙钛矿叠层太阳能电池研发提供了重要的材料与方法学支撑。未来，该策略有望推动全钙钛矿叠层电池向更高效率、更优稳定性方向发展，加速下一代光伏技术的商业化进程。

该研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金等国家级科研项目的资助。