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復旦大學開發錫基鈣鈦礦太陽能電池

文章來源：中化新網更新時間：2025-10-21 15:50:18

中化新網訊長期以來高性能鈣鈦礦太陽能電池高度依賴鉛元素，帶來了巨大的環境和健康隱患。復旦大學智能材料與未來能源創新學院梁佳青年研究員團隊研發出錫基鈣鈦礦太陽能電池，攻克了無鉛、可持續綠色光伏技術的關鍵難題，標志著我國在清潔能源材料領域再獲突破。相關成果于北京時間10月15日在《自然》期刊在線發表。

　　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，存在環境與健康風險。如何在兼顧性能的前提下擺脫“鉛”的束縛，實現真正綠色無害的光伏發電是國際學界亟待解決的關鍵問題。

　　2021年起，梁佳團隊開始致力于破解這一難題。他們將目光鎖定在同樣具有優異光電特性且環境友好的錫元素上。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，由于錫離子易氧化、晶體結構不穩定、界面缺陷多等問題，其性能長期停滯不前。梁佳團隊在起步研究時就發現其光電轉換效率非常低，不到10%。此外，鉛基和錫基在晶體生長動力學和薄膜成膜機理上也存在本質差異。

　　為解決這些問題，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，成功制備出綠色環保和轉換高效的錫基鈣鈦礦太陽能電池。經第三方權威認證，該團隊制備的錫基鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效率達到17.7%。

　　依托前期成果，梁佳團隊同步開展了大面積電池制備與可擴展性研究，推進技術從實驗走向應用。通過優化溶液工藝與薄膜沉積方法，該團隊成功制備出數平方厘米級的高質量錫基鈣鈦礦薄膜，實現了在大面積器件上的紀錄級效率。這一成果表明，該技術具備優異的可放大性和工程兼容性。

　　“在材料成本上，錫基太陽能電池的理論成本不僅比硅基低很多，而且能夠與柔性基底、印刷電子及卷對卷制造工藝深度兼容。”梁佳介紹說，與傳統鉛基體系相比，錫基體系的禁帶寬度更接近理想光伏材料的理論值，更有利于實現高光電轉換效率和大面積低成本制備的統一。此外，錫基太陽能電池的弱光發電性也十分突出。目前使用的室內光伏，通常借助硅基電池，其光電轉換效率在10%左右，而新技術的轉換效率在30%左右。

　　“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。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。”梁佳總結道，下一步，團隊希望與相關領域企業建立合作，繼續推進錫基鈣鈦礦太陽能電池的產業化，在光伏建筑一體化、可穿戴能源器件、汽車車頂以及離網清潔供能系統等領域實現廣泛部署。

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