中科院宁波材料所提出钙钛矿结晶同步调控新策略 全钙钛矿叠层电池效率突破30%

2026-08-12 08:11:36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的性能瓶颈，提出了一套基于化学硬度理论的多组分钙钛矿结晶同步化调控策略，相关研究成果发表于国际顶级学术期刊《自然-纳米技术》，为高效稳定的光伏器件研发提供了关键的材料与方法支撑。

作为下一代高效光伏技术的核心发展方向，全钙钛矿叠层太阳能电池由宽带隙与窄带钙钛矿子电池组合而成，吸光层体系包含多种卤素离子或金属离子。然而，多组分体系的固有特性，使得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：有的组分快速成核生长，有的则滞后缓慢，最终导致电池吸光层出现垂直方向组分分布不均、晶格应力累积、缺陷大量形成等状况，进而引发非辐射复合增强，直接制约了器件的光电转换效率与长期稳定性。

基于前期在钙钛矿太阳能电池领域的研究积累，科研团队锚定“同步多组分结晶速率”这一核心突破口，借助硬软酸碱理论，针对不同前驱体组分的化学硬度差异，设计出具有选择性配位能力的阴离子添加剂，以此精准调控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，二氟草酸硼酸根离子能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双重调控，这些添加剂可让不同组分的成核、生长进程保持同步，不仅成功抑制了垂直方向的组分不均问题，还大幅降低了缺陷密度与晶格应力累积，最终制备出均匀性更高、结晶质量更优的钙钛矿薄膜。

这一调控策略的应用，显著提升了全钙钛矿叠层电池的性能与稳定性。团队打造的两端刚性全钙钛矿叠层器件，实现了30.3%的光电转换效率，且获得了同等数值的第三方认证效率；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，该策略的适配性极强，同样适用于柔性全钙钛矿叠层太阳能电池，优化后的柔性器件最高效率达28.2%，认证效率为28.0%，为轻质柔性光伏产品的商业化应用奠定了坚实基础。

这项研究不仅深入揭示了复杂组分钙钛矿体系中结晶不同步、组分不均一的内在形成机制，更构建了基于软硬酸碱原理的添加剂设计逻辑，为高效稳定、轻质柔性的全钙钛矿叠层太阳能电池研发开辟了全新路径。相关研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的资助。