易受到光照影響的電池材料，如何更穩(wěn)定地利用光能?《自然》雜志13日發(fā)表的一項研究給出了答案：中國科學(xué)院化學(xué)研究所李永舫院士、孟磊研究員團隊，提出“全階段調(diào)控”策略，通過引入一種可光轉(zhuǎn)換的添加劑分子，成功制備出新型鈣鈦礦-有機疊層太陽能電池。經(jīng)第三方機構(gòu)認證，該電池的穩(wěn)態(tài)光電轉(zhuǎn)換效率達到28.04%，刷新這類電池的世界紀錄。

近年來，以鈣鈦礦太陽能電池和有機太陽能電池為代表的新一代光伏技術(shù)發(fā)展迅速。這類電池的制造方式很特別，能像印報紙一樣，通過溶液加工、卷對卷印刷等技術(shù)，實現(xiàn)柔性、大面積制造，成品又輕又薄，還能彎曲。將它們像三明治一樣疊在一起的鈣鈦礦-有機疊層太陽能電池，能把太陽光譜“吃干榨盡”：上層鈣鈦礦吸收可見光，下層有機物吸收近紅外光，理論發(fā)電效率遠超單一材料電池。

然而，這種疊層電池的上層有個難纏的問題。為了吸收足夠的太陽光，薄膜中需要同時添加碘和溴兩種元素。麻煩的是，在制備過程中或持續(xù)光照下，碘離子和溴離子容易“鬧分家”，各自聚集成群。“這種相分離現(xiàn)象一旦發(fā)生，電池電壓就會不斷下降，性能持續(xù)衰退，成為阻礙其走向應(yīng)用的致命短板。”孟磊說。

為了平息這場微觀世界的紛爭，研究團隊向材料中加入一種名為TDB的添加劑分子。在電池薄膜成型之初，TDB像一位耐心的協(xié)調(diào)員，拖住溴離子快速聚集的腳步，確保碘和溴從一開始就均勻混合。而當(dāng)電池見光工作時，TDB被光激活，轉(zhuǎn)化成新結(jié)構(gòu)的TAB分子。“新分子能夠錨定在材料晶界上，抑制鹵素離子遷移和相分離，完成了從‘懼光’到‘馭光’的蛻變。”孟磊解釋。

鈣鈦礦-有機疊層太陽能電池器件。中國科學(xué)院化學(xué)研究所供圖

憑借這一貫穿制備與運行全過程的調(diào)控策略，團隊制成的寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池的開路電壓創(chuàng)下同類型電池最高紀錄，將其與底層有機太陽能電池精準疊加后，整個疊層器件的實驗室最高光電轉(zhuǎn)換效率達28.80%，認證穩(wěn)態(tài)效率鎖定在28.04%。在持續(xù)光照625小時后，疊層太陽能電池仍保持初始效率的90%，展現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性。

李永舫表示，這種鈣鈦礦有機疊層太陽能電池兼具輕薄與柔性優(yōu)勢，不僅有望用于建筑、交通、可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域，更因其突出的柔性重量比，未來有潛力登上衛(wèi)星和空間站，為人類提供更輕便高效的太空能源。