系统探讨(2024年澳门今晚开奖结果)钙钛矿光伏研究再破纪录！中科大徐继先：效率正逐步逼近理论极限

搜狐科技第80期《思想的大爆炸——与科学家对话》专栏专访中国科学技术大学化学与材料学院教授徐继先。

演讲者简介：

徐继先是中国科学技术大学化学与材料学院教授、博士生导师。徐继先教授长期从事新型光电转换材料与器件的研究，在新一代太阳能光伏技术领域取得了具有国际影响力的成果。

关键点：

1、钙钛矿太阳能电池是一种新型太阳能电池，其结构类似三明治结构，科学原理是常规的光伏效应。

2、钙钛矿太阳能电池是最有前景的新型太阳能电池之一，具有成本低、组件可调、制造集约化等优势，目前在效率、可扩展性、稳定性等方面不断取得进步，备受业界期待。

3、2023年，团队实现了反式器件认证效率26.1%，实现了钙钛矿电池效率超过26%的双突破，打破了传统形式器件垄断的世界纪录。

4、如何将钙钛矿太阳能电池规模化，并保证其能像晶体硅一样在户外稳定使用，是首先要解决的问题。

5、26.7%的新世界纪录，单从效率上看，已经追平了4年前的晶硅电池纪录，这是对反式结构进一步深入研究、不断突破的结果。

搜狐科技出品

作者：周金桐

编辑｜杨进

近日，中国科学技术大学徐继先教授团队在钙钛矿太阳能电池方面取得重要进展，创造了钙钛矿电池稳态效率26.7%的认证世界纪录，被收录于7月3日公布的国际权威世界纪录榜单《太阳能电池》（64）。

据悉，这是该团队继2022年（60）、2023年（63）后第三次代表中科大更新世界纪录榜单。该项研究是该团队在新型钙钛矿单结及下一代晶体硅-钙钛矿叠层电池领域取得的最新成果，可加速光伏产业技术升级，为进一步的产业化探索奠定基础。

钙钛矿太阳能电池的结构和科学原理是什么？它有哪些优点和缺点？这项研究创造了钙钛矿电池稳态效率26.7%的认证世界纪录。这是个什么概念？过去有哪些突破？带着这些问题，搜狐科技采访了徐继先教授。

钙钛矿太阳能电池就像三明治，最有前途的材料

“钙钛矿太阳能电池是一种结构类似三明治的新型太阳能电池。”

徐继先详细解释道：“三明治最关键的是中间层，也就是金属卤化物钙钛矿，这是一种可以用溶液法制备的半导体。上下两片‘面包’分别是正负电荷传输层，一边用来传输电子，另一边用来接收电子。结构比较简单。”

其科学原理是传统的光伏效应，当半导体吸收太阳光时，电子被激发，电子与空穴间产生电位差，再被两个电荷转移层分别提取，产生电能。

“其实钙钛矿太阳能电池和其他电池最大的区别就在于里面的功能层，也就是吸收光的钙钛矿层。”徐继先说。

目前市面上最常见的大规模商业化光伏材料是晶体硅，是一种单晶材料。单晶需要经过提纯，纯度要求高系统探讨(2024年澳门今晚开奖结果)钙钛矿光伏研究再破纪录！中科大徐继先：效率正逐步逼近理论极限，条件苛刻，所以大家都想知道有没有一种新材料可以用温和、低成本的方法制备出来。

还有一个问题就是晶体硅比较厚，厚度几百微米，光吸收系数不高，所以大家都想看看能不能做得更薄，最好能减薄一百倍、千倍，这样也能降低成本。

因此此类太阳能电池是过去数十年来科学家不断探索和研究的目标，虽然这些努力产生了许多先进材料，但目前尚无任何技术能在商业层面上与晶体硅相媲美。

“因为晶体硅经过70多年的发展，虽然还有一些需要改进的地方，但基本已经很完美了，而钙钛矿太阳能电池从诞生到现在，只有十多年的历史。”徐继先解释道。

不过，钙钛矿太阳能电池是最有前景的新兴太阳能电池之一，目前仍在开发中，学术界和企业都在进行研究，一些初创公司也开始将其产业化。虽然不如晶体硅那么成熟，但继续研究仍有很大的价值。

徐继先从博士阶段就开始从事钙钛矿太阳能电池的研究，研究过很多不同材质的薄膜太阳能电池，历经坎坷后，他现在专注于这个对性能期望非常高的材料体系。

曾打破传统形式设备垄断的世界纪录

早在2023年，徐继先及其团队就提出了PIC（多孔绝缘接触）的全新结构和突破性解决方案，解决了钙钛矿太阳能电池长期存在的“钝化-透射”矛盾难题。

谈及这一突破，徐继先表示，钙钛矿太阳能电池的路线有很多，但大多都是在优化材料。目前钙钛矿太阳能电池的效率还未达到理论极限，只能达到80%以上。这是因为多晶材料的缺陷较多，比单晶的缺陷密度高出三个数量级，会对电荷转移产生负面影响。

要解决上述问题，需要对表面缺陷进行钝化，以提高传输效率。钝化需要在半导体表面增加一层绝缘层，为了不阻挡电子的提取，绝缘层需要薄至1、2纳米，制备难度较大。

那么，能否做得更厚，又不影响电子的传输呢？于是徐继先想到将绝缘层做成多孔结构，既能保证很大程度的钝化效果，又不影响传输。徐继先团队通过模型严格证明了这一构想的可行性，并用实验进行了验证。

值得一提的是，他们没有采用成本更高的方法，而是采用了成本更低、更为温和的方法——溶液法。“但这种实现方式可能比较粗糙，大概只实现了20%到30%的水平，还有很大的提升空间，所以我们一直在基于这个理念不断优化实施方案。”徐继先说。

除了结构创新，材料创新也必不可少。于是今年2月，徐继先团队揭示了空气环境下制备钙钛矿的降解机理和“全流程稳定剂”的设计原理，实现了在常规空气环境下（25-30℃，相对湿度30-50%）一步制备高效pin反式钙钛矿电池的突破。

徐继先表示，钙钛矿存在较多缺陷澳门2023历史开奖记录大全图片，需要在实验室氮气手套箱中制备，但在实际环境下难以规模化量产，制备出的电池效果也会大打折扣。

随着材料品质的下降，效率和稳定性也会下降。“所以我们合成了全流程稳定剂，并添加到溶液中，可以保证钙钛矿溶液在空气中长时间不老化。我们把在常规空气和氮气环境下制备的器件的效率差距从3个点缩小到了1个点以内。”徐继先自豪地说。

此外，pin倒置钙钛矿电池结构也值得一提，因为这种器件结构比较新颖，未来将广泛应用于晶体硅串联电池以及其他不同类型的钙钛矿串联电池。

2023年，团队实现了反式器件认证效率26.1%，实现钙钛矿电池效率超过26%的双突破，并首次打破了传统形式器件垄断的世界纪录。

“五年前我刚回国的时候，研究pin-trans结构的研究团队比较少，钙钛矿领域的世界纪录都被打破了。五年前效率可以达到25%左右，而pin-trans结构只有21%左右。所以通过我们的努力，我们逐渐缩小了差距，也带动了同行一起推进。”

里程碑式进展将继续探索前沿可能性

“大概10年前，领先的可能是美国和韩国，现在我们国家已经赶上来了，得到了国际的认可，也进入了榜单。”徐继先说。

尽管如此，钙钛矿太阳能电池仍面临诸多问题。徐继先表示，钙钛矿太阳能电池有着巨大的优势，但发展时间相对较短。就像一个孩子刚刚展现出某一方面的天赋，很难指望他在短时间内就能变得和成年人一样强大。

我们在实验室里证明了效率的可行性，但要在千家万户或者沙漠中大规模发电还是有一定难度的，所以如何规模化，像晶体硅一样保证户外稳定使用是首先要解决的问题。

说到这里，我们不禁要问，世界纪录为何需要得到国际认可?对此，徐继先解释称，这是为了防止行业内恶意虚报、不规范竞争，有利于科技健康发展。

据悉，两项获得国际认可的纪录榜单分别为美国国家新能源实验室的世界纪录榜单和澳大利亚光伏中心的世界纪录榜单。

“我们新的26.7%的世界纪录，正在逐步逼近理论极限。从效率上看，已经与四年前的晶硅效率持平，这是我们在反式结构上不断深入研究、不断突破的结果。”徐继先说。

确实，徐继先的研究受到的关注越来越多，当然期待也越来越高。不过，他坦言：“这就像是百米赛跑，我们已经跑进10秒了，再提高零点几分都很难。虽然这种材料的潜力巨大，但目前大家的差距都在毫米以内。”

谈及这次突破，徐继先显得很谦虚，“这只是前人努力的积累，我们走在了正确的道路上，不能算颠覆性研究，只能说在效率上达到了一个里程碑。”

他表示未来会继续探索前沿问题和可能性，如果有10%的成果能够大规模应用，那将是一件非常幸福的事情，所以两者要并行不悖。