IT之家 1 月 12 日消息，新型鈣鈦礦太陽能電池不僅功率強(qiáng)勁，而且足夠堅(jiān)固，能夠承受太陽持續(xù)的高溫。英國曼徹斯特大學(xué)的托馬斯?安托普洛斯教授帶領(lǐng)研究團(tuán)隊(duì)成功實(shí)現(xiàn)了鈣鈦礦太陽能電池的穩(wěn)定化，這項(xiàng)成果有望推動(dòng)這一低成本技術(shù)進(jìn)軍全球大眾市場(chǎng)。
研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)出了一種新型“分子膠”，能使鈣鈦礦表面變得光滑，并消除此前導(dǎo)致能量損失和材料降解的微小缺陷。值得關(guān)注的是，這款具有顛覆性意義的鈣鈦礦太陽能電池，在測(cè)試中實(shí)現(xiàn)了 25.4% 的光電轉(zhuǎn)換效率。
據(jù)IT之家了解，數(shù)十年來，硅基材料一直主導(dǎo)著太陽能電池市場(chǎng)。硅基電池性能可靠，但存在重量大、質(zhì)地堅(jiān)硬、制造成本高昂的短板。
鈣鈦礦材料曾被視為極具潛力的替代方案：它輕薄柔韌，且理論制造成本遠(yuǎn)低于硅基材料。然而，早期鈣鈦礦電池的致命缺陷是極易老化，往往短短數(shù)天內(nèi)性能便會(huì)急劇衰減。
這種快速老化問題，成為阻礙鈣鈦礦太陽能技術(shù)走向大眾市場(chǎng)的最后一道障礙。
此外，鈣鈦礦材料的微觀缺陷還會(huì)引發(fā)電氣問題，造成難以用傳統(tǒng)檢測(cè)手段追蹤的能量泄漏。
安托普洛斯教授指出：“當(dāng)前最先進(jìn)的鈣鈦礦材料在光照或高溫環(huán)境下穩(wěn)定性不足，這會(huì)導(dǎo)致電池加速老化?！边@些隱藏的缺陷不僅阻礙電流傳輸，還會(huì)導(dǎo)致材料過早分解，使這項(xiàng)技術(shù)遲遲無法投入實(shí)際應(yīng)用。
為此，研究團(tuán)隊(duì)引入小分子脒基配體對(duì)電池結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。這類特殊分子扮演“分子膠”的角色，金沙電玩在鈣鈦礦表面形成一層保護(hù)膜。通過化學(xué)鍵的作用，該分子引導(dǎo)鈣鈦礦材料形成高度穩(wěn)定的低維結(jié)構(gòu)層，這層結(jié)構(gòu)如同“防護(hù)盾”，覆蓋在傳統(tǒng)三維鈣鈦礦材料表面。
這種涂層不僅能消除微觀缺陷、撫平材料表面，保障能量高效傳輸，還能防止電池在高溫環(huán)境下分解。測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，經(jīng)穩(wěn)定化處理的鈣鈦礦電池光電轉(zhuǎn)換效率達(dá) 25.4%。
除了優(yōu)異的發(fā)電性能，其耐用性也十分突出：在連續(xù)工作 1100 小時(shí)后，電池仍能保持 95% 以上的性能。
尤為值得一提的是，該電池在 85℃ 的高溫環(huán)境下依舊能穩(wěn)定運(yùn)行，這樣的極端溫度足以讓傳統(tǒng)鈣鈦礦電池徹底失效。
安托普洛斯教授補(bǔ)充道：“鈣鈦礦太陽能電池一直被視為硅基電池的廉價(jià)、輕薄、柔性替代品，但長期穩(wěn)定性問題始終制約其發(fā)展。我們研發(fā)的脒基配體，以及由此獲得的新研究成果，能夠?qū)崿F(xiàn)高質(zhì)量、穩(wěn)定鈣鈦礦層的可控生長。這一突破有望攻克鈣鈦礦太陽能技術(shù)的最后一個(gè)重大障礙，為其大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。”
此外，這項(xiàng)技術(shù)還拓展了可再生能源的應(yīng)用場(chǎng)景 —— 鈣鈦礦電池可被印刷在柔性表面，例如曲面玻璃、輕量化露營裝備，甚至是紡織面料上。
近年來，全球鈣鈦礦技術(shù)的商業(yè)化進(jìn)程不斷提速。例如，中國研究團(tuán)隊(duì)在 2025 年 12 月新研發(fā)出一種三維電成像技術(shù)，能夠直接觀測(cè)鈣鈦礦薄膜內(nèi)部的載流子遷移過程，生成高分辨率的內(nèi)部電學(xué)行為圖譜。這項(xiàng)成像技術(shù)有助于科研人員精準(zhǔn)定位并消除材料內(nèi)部的隱藏缺陷，進(jìn)一步提升電池性能。
該研究成果已于 1 月 8 日發(fā)表在《科學(xué)》期刊上。
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