华中科技大学团队突破钙钛矿电池效率瓶颈，全湿法制备实现25%转换效率

华中科技大学团队突破钙钛矿电池效率瓶颈，全湿法制备实现25%转换效率

引用

国家自然科学基金委员会

等

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来源

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华中科技大学韩宏伟教授团队在钙钛矿太阳能电池领域再次取得重大突破。其最新研究成果发表在国际顶级期刊《Science》上，通过创新的三层介孔膜结构和载流子3D注入机制，成功将实验室尺寸电池效率提升至25%以上，微型模组第三方认证效率也突破21%。这一突破不仅实现了全湿法制备工艺，大幅降低了生产成本，更为钙钛矿太阳能电池的商业化应用奠定了坚实基础。

韩宏伟团队的这项研究颠覆了传统太阳能电池的电荷分离机制。在传统p-n结器件中，光生载流子需要长距离迁移才能被选择性提取，而空穴传输层和电子传输层则起到阻挡异种载流子复合的作用。然而，在韩宏伟团队开发的三层介孔膜结构中，钙钛矿吸光材料被局域在三维互穿网络结构的电子传输层纳米孔中，光生电子通过3D注入过程快速有效地注入到介观电子传输层中。这种独特的结构设计解耦了光吸收层厚度与载流子扩散长度之间的矛盾，即使在无空穴传输层的情况下，也能实现超高的光电转化效率。

为了进一步提升电池性能，研究团队还采用了界面钝化技术。通过使用由软路易斯酸阳离子与硬路易斯碱阴离子构成的盐钝化剂，有效处理了多孔电子传输层内表面的氧空位缺陷，释放了所束缚的电子，最终将可印刷介观钙钛矿太阳能电池效率提升至第三方认证的22.3%。同时，57.5平方厘米微型模组的开口面积效率达到18.2%，模组中单条子电池的电压更是超过1.1伏。

除了效率的显著提升，研究团队还致力于解决钙钛矿电池的稳定性问题。通过优化封装技术和材料结构，增强了器件在高温、湿度等恶劣环境下的耐久性。此外，团队还开发了无铅或低铅含量的钙钛矿材料，以减少潜在的环境污染。

值得一提的是，韩宏伟团队早在2014年就在国际上首次报道了光照稳定的钙钛矿太阳能电池，改变了人们对钙钛矿太阳能电池“本质上不稳定”的看法。2018年，团队更是成功组装了110平方米的实验性示范系统，充分展示了该技术在成本控制、稳定性和大面积制备方面的巨大优势。

钙钛矿太阳能电池的商业化应用一直受到效率和稳定性的双重制约。韩宏伟团队的这项研究不仅在效率上实现了重大突破，更重要的是通过全湿法制备工艺大幅降低了生产成本。与传统的晶硅电池相比，这种湿法加工工艺更加简便，设备投资更低，且易于实现大规模生产。

此外，可印刷介观钙钛矿电池的制备工艺与传统印刷技术高度兼容，为未来的大规模产业化提供了便利条件。这种电池不仅可以应用于传统的地面电站，还可以灵活地集成到建筑一体化、柔性穿戴设备等领域，展现出广阔的应用前景。

随着技术的不断进步，钙钛矿太阳能电池有望在未来十年内实现更广泛的商业化应用。其高光电转换效率、低成本和易制备等优势，使其成为推动全球能源转型的重要力量。韩宏伟团队的这项突破性研究，不仅为钙钛矿电池的商业化应用铺平了道路，更为实现“碳达峰、碳中和”目标提供了新的技术支撑。

尽管钙钛矿太阳能电池仍面临一些挑战，如长期稳定性和大面积制备技术等，但随着科研人员的持续努力，这些问题有望逐步得到解决。可以预见，在不久的将来，钙钛矿太阳能电池将在全球能源结构中占据重要地位，为构建清洁、高效的能源体系做出重要贡献。