我科研團隊造出無鉛污染鈣鈦礦太陽能電池

據微信公眾號“復旦智能材料與未來能源創新學院”16日消息，該學院梁佳青年研究員團隊研發出了錫基鈣鈦礦太陽能電池，不僅實現了全生命週期無害，甚至突破了光電轉換效率的世界紀錄。

這一創新成果攻克了無鉛、可持續綠色光伏技術的關鍵難題，標誌我國在清潔能源材料領域再獲突破，未來有望融入人類日常生活。該成果於10月15日在線發表於《自然》。

錫基鈣鈦礦太陽能電池

據介紹，在全球清潔能源的競賽中，鈣鈦礦太陽能電池以高效率、低成本和易加工等優勢成為新一代光伏技術的熱門方向。

然而，這一技術體系的核心材料含鉛，潛在的環境與健康風險始終如“達摩克利斯之劍”般懸於頭頂。如何在兼顧性能的前提下襬脱“鉛”的束縛，實現真正綠色無害的光伏發電？這是國際學界亟待解決的關鍵問題。

自2021年回國加入復旦，梁佳團隊便投身“追光”之路，致力於破解這一問題。為實現綠色無害化，他們將目光鎖定在同樣具有優異光電特性、但環境友好的“錫”元素上。“我們的目標很明確，就是打造一款真正綠色、全生命週期無害的太陽能電池。”他表示。

錫基鈣鈦礦因具有理想帶隙、高遷移率和良好環境相容性，被視為最具潛力的無鉛替代體系。然而，由於錫離子易氧化、晶體結構不穩定、界面缺陷多等問題，其性能長期停滯不前。長久以來，傳統研究更多借用鉛基鈣鈦礦的功能層來提高效率，很少有人另闢蹊徑，徹底摒棄這些功能層，重新尋找新型的、和錫基鈣鈦礦更匹配的功能層來提升效率。

錫基雖足夠綠色無害，但是性能存在“扯後腿”問題。梁佳團隊起初發現其光電轉換效率非常低，不到10%。同時，鉛基和鋅基在晶體生長動力學和薄膜成膜機理上存在本質差異。可以説，以“錫”代“鉛”是一次走出“舒適圈”的挑戰。

過去五年，梁佳團隊圍繞缺陷調控、界面優化、載流子抽取和功能層設計等關鍵科學問題持續攻關，系統建立了從材料生長到能帶調控和界面工程的完整技術體系，成功製備出綠色環保和轉換高效的錫基鈣鈦礦太陽能電池。

這一成果經第三方權威認證，光電轉換效率達到了17.7%，打破了此前16.5%左右的鈣鈦礦光電轉換效率世界紀錄，成為目前錫基鈣鈦礦太陽能電池轉換效率的世界第一。

“這項技術已經實現真正的無鉛化，解決了目前行業中鉛基鈣鈦礦的鉛毒性問題。未來，我們會繼續通過各種方式對其功能層進行調節，以實現更高效率和更穩定的目標。”梁佳總結。

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