8月4日，中國科學院院士、復旦大學教授褚君浩團隊的張鴻、莫曉亮聯合深圳理工大學副教授白楊團隊在《自然—通訊》發表最新研究成果。研究團隊成功開發出超穩定、高效率寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池，并基于該成果構建出性能優良的全鈣鈦礦疊層器件。
研究結果顯示，這款全鈣鈦礦疊層器件的光電轉換效率達28.44%，其中經廣東省計量研究院認證的效率為27.92%，為解決寬帶隙鈣鈦礦材料穩定性與效率難以兼顧的難題提供了全新思路，同時為下一代超高效、低成本太陽能發電技術奠定了材料基礎。
鈣鈦礦材料因成本低、光電轉換能力強，被認為是下一代太陽能技術的核心材料。但這次研究聚焦的寬帶隙鈣鈦礦，卻有個讓人頭疼的“小毛病”：天生不太穩定。該材料天生具備高效光電轉換的潛力，但它的晶體結構里，離子容易“亂跑”，形成空位缺陷；在光照下，還容易發生“鹵化物相分離”，就比混合好的顏料突然分家，直接影響發電效率，甚至失去實用價值。
怎么讓鈣鈦礦既高效又穩定？研究團隊想出了一個創新策略，給它請一位“分子工程師”——醚環超分子（冠醚），它能通過精確調控鹵化物與單價陽離子及鉛離子的配位作用，實現對結晶動力學的有效調控，使晶體結構更穩固。同時，光照下的鹵化物相分離也被有效抑制，使能量高效轉化為穩定的電能輸出。
基于這種超分子工程策略制備的寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池展現出了優異性能。一是出色的光電轉換效率，基于這種技術的單結寬帶隙器件，光電轉換效率達到21.01%，在同類研究中處于前沿水平；二是優異的工作穩定性，在最大功率點跟蹤測試中，連續運行1000小時后，電池效率還能保持初始值的95%，這意味著它能長期穩定工作，不用頻繁更換；三是疊層器件高效率，基于該技術構建的兩端全鈣鈦礦疊層太陽能電池獲得了28.44%的光電轉換效率。
該研究成果有望應用在太陽能發電站，降低發電成本；為分布式光伏系統（如屋頂太陽能）提供高性能、長壽命的發電模塊；為新能源汽車、便攜式電子設備等提供輕量化、高效率的太陽能充電解決方案。
相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-025-62391-9
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