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厉害了，我的国！
全球首次！我国科学家实现新型高效钙钛矿太阳能电池的规模化、低成本、高稳定性生产。
12月9日，中国科学技术大学官方微博宣布，该校材料科学与工程系教授潘建伟、黄硕、张哲源组成的研究团队，研制出一种具有自主知识产权的单结钙钛矿太阳能电池，其光电转换效率44.3%,刷新了该类型电池的世界纪录。
这一成果12月10日发表在国际知名期刊《自然》(Nature)上。
论文作者之一、中国科学技术大学研究生院2019级博士生宋亮告诉记者，
“我们采用的是‘两掺’的方式，通过掺杂不同的金属离子，来调控钙钛矿的电子结构，从而提升电池的光电转换效率。”
简单来说，就是让钙钛矿“聪明”点，提高光电转换效率。
潘建伟院士团队此次创新引入了一种新的掺杂方法，通过精确控制掺杂浓度，在二维钙钛矿中同时实现了高浓度磷和高浓度镧的掺杂，有效降低了非辐射复合损失，显着提升了电池的光电转换效率。
“这就好比给钙钛矿小伙穿上了一件更厚实的棉衣，可以更有效地阻挡太阳光对电池的损害，从而让它发挥出更大的效能。”潘建伟院士如是说。
科技改变民生
钙钛矿太阳能电池因其光电转换效率高、成本低、资源丰富、环境友好等优势，被认为是未来光伏发电的主流技术之一。
但由于其材料结构的特殊性，钙钛矿太阳能电池的稳定性较差，大规模商业化应用一直受限。
“这次我们突破的关键在于提升钙钛矿太阳能电池的稳定性。”宋亮介绍，
钙钛矿太阳能电池的核心材料为钙钛矿，是一种含有铝、钠、钾等元素的晶体，具有直接将太阳光转化为电能的特性。但钙钛矿的结构很“娇气”，容易被湿气、氧气等侵蚀，导致电池性能下降。
“我们的研究成果为提升钙钛矿太阳能电池稳定性提供了新思路。”宋亮表示，
他们发现，通过精确控制掺杂浓度，在二维钙钛矿中同时实现了高浓度磷和高浓度镧的掺杂，有效降低了非辐射复合损失，显着提升了电池的光电转换效率。
据他介绍，此次研究还发现了一种新的制备方法，可以大幅降低钙钛矿太阳能电池的成本。
“简单来说，就是把钙钛矿电池做得更薄、更小，用同样数量的材料就可以做出更多电池，这样一来，生产成本就会降低。”宋亮说。
值得一提的是，钙钛矿太阳能电池除了具备转化效率高的优势外，还具备原材料丰富、制造过程环保等优势。以硅为例，它是制造太阳能电池的重要原材料，但其储量稀缺。相比之下，钙钛矿的原材料就是普通的矿石。
“如果能够利用低成本的原材料大规模生产出高效的钙钛矿太阳能电池，就能够大大降低光伏发电的成本，让更多人用上清洁能源。”潘建伟院士曾表示。
事实上，钙钛矿太阳能电池的低成本优势已经初步显现。
据潘建伟院士团队提供的数据显示，目前他们的钙钛矿电池组件光电转换效率达44.3%,超过此前公认的43.7%的国际最好水平。
其中，他们改进的“双掺”方法，可实现大面积、高效率、低成本的钙钛矿太阳能电池的规模化、低成本、高稳定性生产。
“这是我们第一次在化学组成对电池性能没有影响的情况下，通过调控掺杂浓度，大幅度提升了钙钛矿太阳能电池的光电转换效率。”潘建伟院士说。
宋亮也向记者分享了一个好消息：由他们团队研发的钙钛矿材料，正在被一家公司采购，计划用在折叠屏手机、无人机、柔性显示屏幕等领域。
“这些产品对电池的稳定性要求都很高，如果能够用我们的材料，提升它们的性能，应该会很受欢迎。”宋亮说。
或将引领新一轮能源革命
钙钛矿太阳能电池之所以备受关注，还在于其潜在的能源革命意义。
作为一种光伏技术，钙钛矿太阳能电池拥有其他光伏技术难以比拟的优势：转换效率高、原料丰富、生产过程低碳排放等。
其中最关键的优势，就是其光电转换效率高。
“比如现在常用的硅基太阳能电池，其光电转换效率只有15%左右，而我们的成果让钙钛矿太阳能电池的光电转换效率达到了44.3%,几乎接近了晶硅电池(45%)的转换效率。”潘建伟院士说。
不过，由于生产过程中需要使用到高温等条件，现有的钙钛矿太阳能电池仍存在稳定性差、成本高等问题。
“我们的成果则让钙钛矿太阳能电池在稳定性和成本方面都有了很大提升。”潘建伟院士表示，这意味着钙钛矿太阳能电池有望成为下一代光伏技术的主力军。
“如果能够解决稳定性的问题，钙钛矿太阳能电池的光电转换效率还有望进一步提升。”潘建伟院士表示，届时，钙钛矿太阳能电池的成本也会进一步降低，从而让光伏发电变得更加“平价”。
事实上，由于具备转换效率高、制造成本低等优势，钙钛矿太阳能电池近年来备受市场青睐。
公开数据显示，2022年钙钛矿太阳能电池的市场规模已增长至约68亿美元，预计到2027年将达到391亿美元。
中信证券研报指出，钙钛矿太阳能电池行业前景广阔，有望迎来新一轮行业爆发。
“我们的成果不仅提升了钙钛矿电池的稳定性和转化效率，而且降低了制备成本，未来或将推动钙钛矿太阳能电池实现更大规模的应用。”宋亮说。
潘建伟院士也表示，希望自己的团队能在钙钛矿领域深耕细作，不断取得更多创新成果，并推动这些成果转化为实际应用，造福社会。
“我们相信，科技创新一定会给人们带来更多惊喜。”潘建伟院士说。
