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南京大學(xué)譚海仁Nat. Photonics：PCE達(dá)27.5%！首次突破柔性全鈣鈦礦疊層光伏組件技術(shù)瓶頸發(fā)表時(shí)間：2025-08-27 09:51
主要內(nèi)容 南京大學(xué)譚海仁教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合南京大學(xué)蘇州校區(qū)李永璽教授、加拿大維多利亞大學(xué)科研力量及仁爍光能（蘇州）有限公司，在光伏領(lǐng)域取得重大突破，相關(guān)成果發(fā)表于國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊。 柔性鈣鈦礦太陽能電池因具備輕質(zhì)、低成本、可貼合復(fù)雜曲面等突出優(yōu)勢(shì)，成為下一代能源的關(guān)鍵候選技術(shù)。不過，與剛性電池相比，其光電轉(zhuǎn)換效率較低，在大面積應(yīng)用場(chǎng)景下差距更為明顯。究其原因，柔性基底表面特性復(fù)雜，在制備均勻且高質(zhì)量的鈣鈦礦薄膜時(shí)，會(huì)面臨成核不均、結(jié)晶缺陷多、界面結(jié)合差等一系列問題，這些問題嚴(yán)重制約了其性能提升。 為攻克這一難題，研究團(tuán)隊(duì)提出創(chuàng)新策略：在連續(xù)氣體淬冷的精準(zhǔn)調(diào)控環(huán)境下，對(duì)濕態(tài)鈣鈦礦薄膜進(jìn)行原位添加劑溶液涂層處理。此方法借助氣體淬冷產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)物理場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)了添加劑在薄膜結(jié)晶過程中的時(shí)空精準(zhǔn)調(diào)控。一方面，它能抑制非均勻成核，促進(jìn)晶粒定向生長；另一方面，可修飾薄膜界面，減少缺陷態(tài)密度，進(jìn)而對(duì)薄膜進(jìn)行全方位精細(xì)控制。 基于這一創(chuàng)新策略，團(tuán)隊(duì)在聚對(duì)苯二甲酸乙二酯（PET）基底上，于常規(guī)環(huán)境條件下成功制備出30×40 cm2的寬帶隙鈣鈦礦薄膜。該薄膜表面平整、結(jié)晶性良好、陷阱密度低，且與基底界面緊密貼合，為高性能電池的制備奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。 憑借該薄膜，團(tuán)隊(duì)取得了一系列亮眼成果。柔性全鈣鈦礦疊層太陽能電池（面積0.049 cm2）光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到27.5%，刷新了同類型小面積柔性電池的世界紀(jì)錄；大面積柔性組件（面積20.26 cm2）認(rèn)證效率為23.0%，幾何填充因子達(dá)95.8%；采用狹縫涂布技術(shù)制備出孔徑面積約804 cm2的柔性寬帶隙鈣鈦礦組件，充分證明了該技術(shù)具備工業(yè)可擴(kuò)展性。 不僅如此，這些組件的穩(wěn)定性和耐久性也十分出色。在半徑10 mm的條件下，經(jīng)10,000次彎曲循環(huán)測(cè)試后，仍能保持初始效率的97.2%；可承受極端熱循環(huán)和長時(shí)間光照，具備**的光穩(wěn)定性、熱循環(huán)耐受性和抗紫外線能力；多結(jié)鈣鈦礦 - 鈣鈦礦器件在相同彎曲條件下性能穩(wěn)定，機(jī)械堅(jiān)固性優(yōu)異，為實(shí)際應(yīng)用提供了有力保障。 仁爍光能在本次研發(fā)中承擔(dān)了工藝創(chuàng)新和資源支撐的重要工作?！皩?shí)驗(yàn)室的小面積工藝無法套用至大面積模塊——基板平整度、涂層速度、氣體流量的微小波動(dòng)，都會(huì)導(dǎo)致薄膜質(zhì)量不均?！比薁q光能研發(fā)專家、南京大學(xué)博士后肖科說道。仁爍光能擁有全球***的全鈣疊層設(shè)備和工藝技術(shù)，在本次合作研發(fā)中，僅用不到一個(gè)月的時(shí)間，就將實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的“動(dòng)態(tài)結(jié)晶控制”技術(shù)轉(zhuǎn)移到工業(yè)級(jí)狹縫涂布設(shè)備上，在30×40cm2的柔性基板上實(shí)現(xiàn)了寬帶隙薄膜的單次成型。 該研究成果有效縮小了剛性與柔性全鈣鈦礦疊層電池的效率差距，為可擴(kuò)展、高性能柔性光伏技術(shù)的發(fā)展提供了理論支撐和技術(shù)示范，有望推動(dòng)柔性鈣鈦礦太陽能電池技術(shù)快速發(fā)展，引領(lǐng)下一代輕質(zhì)太陽能技術(shù)變革，助力全球能源轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展。
文獻(xiàn)信息 In situ coating strategy for flexible all-perovskite tandem modules Manya Li, Han Gao, Ludong Li, Enzuo Wang, Zhou Liu, I Teng Cheong, Pu Wu, Yuhong Zhang, Yurui Wang, Xuntian Zheng, Mengran Yin,Renxing Lin, Runnan Liu, Haowen Luo, Ke Xiao, Wenchi Kong, Wenjie Sun, Yuefeng Nie, Xin Luo, Makhsud I. Saidaminov, Yongxi Li & Hairen Tan https://www.nature.com/articles/s41566-025-01746-6
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