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長期以來，大面積制備鈣鈦礦太陽能電池時，鈣鈦礦薄膜均勻性、環(huán)保工藝與光伏組件長期運行可靠性，成為其產業(yè)化的三大瓶頸。近日，南京大學譚海仁教授團隊聯(lián)袂仁爍光能（蘇州）有限公司，攻克了鈣鈦礦薄膜生產中綠色溶劑制備以及薄膜制備均勻性的難題，實現(xiàn)了鈣鈦礦光伏組件光電轉換效率和組件長期運行可靠性的雙重突破。12月5日，該成果刊發(fā)于國際學術期刊《科學》。

鈣鈦礦太陽能電池作為極具發(fā)展?jié)摿Φ男乱淮夥夹g，以其成本低、效率高、能耗少、可柔性制備等優(yōu)勢，被視為推動能源結構綠色轉型的重要方向。

論文的共同通訊作者、南京大學功能材料與智能制造研究院助理教授肖科介紹，要實現(xiàn)鈣鈦礦太陽能電池綠色制備，需要借助大量的助溶劑二甲基亞砜完全溶解鈣鈦礦前驅體。然而，大量使用二甲基亞砜，不僅容易抑制鈣鈦礦的成核過程，還與鈣鈦礦前驅體形成強配位作用，阻礙了鈣鈦礦的均勻結晶，最終導致薄膜界面附著力差并引發(fā)基底剝離現(xiàn)象。

針對這一難題，團隊創(chuàng)新性地設計了一種由γ-戊內酯、二甲基亞砜和2-甲基四氫呋喃組成的混合綠色溶劑體系，并創(chuàng)新制備工藝，實現(xiàn)了鈣鈦礦光伏組件在制造中的環(huán)境友好。

大面積制備鈣鈦礦薄膜時，因溶劑揮發(fā)不均，易導致“邊緣效應”，即薄膜邊緣處結晶質量差。為突破這一瓶頸，團隊創(chuàng)新性地提出“溶劑限制邊緣保護”策略。肖科表示，團隊在鈣鈦礦前驅體中引入十四烷基三甲基氯化銨添加劑，這如同為鈣鈦礦薄膜邊緣穿上“防護服”，確保薄膜不同區(qū)域的溶劑揮發(fā)速度基本一致，從而使鈣鈦礦結晶更加均勻，提高組件量產效率。

基于上述方法，研究團隊制備了0.72平方米的商用鈣鈦礦光伏組件。經美國可再生能源實驗室認證，其穩(wěn)態(tài)光電轉換效率達17.2%，創(chuàng)下了當時的世界紀錄。該組件目前已通過了德國萊茵TüV IEC61215/61730、美國安全檢測實驗室、中國質量認證中心的認證和許可。

“此次研究突破了鈣鈦礦太陽能電池產業(yè)化的關鍵瓶頸，是推動其邁向商業(yè)化進程的重要一步。”肖科說，目前，該技術已由南京大學與仁爍光能（蘇州）有限公司共同提交了專利申請，并在150兆瓦中試生產線上穩(wěn)定運行。

論文共同通訊作者譚海仁介紹，近一年來，經過不斷的工藝迭代，近期，團隊在量產0.72平方米商用鈣鈦礦光伏組件時，將該組件的光電轉換效率提升至22%，推動該組件在發(fā)電性能上趨近當前主流晶硅組件。

（受訪者供圖）