近日，中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所、中国科学院光伏与节能材料重点实验室研究员潘旭、田兴友团队与韩国成均馆大学教授Nam-Gyu Park、华北电力大学教授戴松元合作，首次发现阳离子分布不均匀是影响钙钛矿太阳能电池性能的主要原因，并成功制备出“均匀化”的钙钛矿太阳能电池，获得26.1%的光电转换效率，认证效率为25.8%。相关研究成果日前在线发表于《自然》。
该研究为进一步提升高效、稳定的钙钛矿太阳能电池性能提供了明确的方，对推动其走向商业化发展具有重要意义。太阳能是地球上生命最主要的能量来源。它取之不尽，与煤、石油这些传统能源相比，更加清洁环保。科研人员发明了太阳能发电技术，将光能转化为电能，用于生产生活需求。而钙钛矿太阳能电池正是太阳能电池领域里的一位“新秀”。钙钛矿太阳能电池效率提升是前所未有的。钙钛矿太阳能电池制作工艺简单、成本低。
在常温下，将几种化学物质混合在溶液中，再像“刷墙”一样将溶液“刷”在衬底上，就可得到钙钛矿薄膜。最后加上电子传输层、金属电极等功能层，一块钙钛矿太阳能电池就制作完成。然而，如此“完美”的钙钛矿太阳能电池仍然存在一些问题。比如，稳定性差、目前户外使用寿命仅有2年至3年、光电转换效率提升速度明显放缓，这些都是制约钙钛矿太阳能电池产业化发展的核心问题，也是科研人员攻坚的难点所在。
此次工作中，潘旭等人首次发现，钙钛矿薄膜内的阳离子在垂直方向上分布不均匀，于是提出“均匀化”阳离子相分布策略，并制备出高效钙钛矿太阳能电池，获得26.1%的光电转换效率，连续光照稳定性测试达到2500个小时。潘旭是国内较早从事钙钛矿研究的。“之所以选择这个方向，是因为钙钛矿材料本身优异的光电性能、初期开发的潜力及高达33%的理论极限效率，对于光伏行业的研究人员来说，有一种无法抗拒的吸引力。
”潘旭笑着说。然而，最初他也没信心。“当时，我们制作完成的钙钛矿薄膜电池，拿在手里，肉眼可见它由黑慢慢变黄，吸光率变差了。”潘旭回忆起初期做钙钛矿研究的情形。经过10多年的深耕，潘旭等人取得了重大突破。近日，这项研究成果发表于《自然》。他说，“持之以恒是做科研最重要的品质。”论文在线发表当日凌晨1点，坐在办公室里的潘旭，发了这样一条朋友圈——“前面的路还很长，还有暴雨，还有坎坷，继续前进吧。
欣赏沿途的风景就好了，即使看不到终点，也是一种享受”。“我想告诉我的学生们，做科研不仅仅是为了发文章，更希望大家做实用型研究，做对国民经济、人民生活有影响的研究，哪怕只起到一点点作用。”潘旭说，这是他认为做科研最大的意义。“这次工作只是一个开始，接下来我们会继续沿着这个方向进一步探索，希望开发出改进型的添加剂，提升钙钛矿太阳能电池的效率及稳定性。”谈及未来钙钛矿太阳能电池的发展，潘旭充满信心。
相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-023-06784-0来源：中国科学报