這一創(chuàng)新成果攻克了無鉛、可持續(xù)綠色光伏技術的關鍵難題，標志我國在清潔能源材料領域再獲突破，未來有望融入人類日常生活。相關成果以《基于均一埋底界面的錫基鈣鈦礦太陽能電池》(Tin-based perovskite solar cells with a homogeneous buried interface)為題，于北京時間 10 月 15 日晚間在《自然》(Nature)期刊以加速預覽的形式在線發(fā)表。

　　據(jù)IT之家了解，在全球清潔能源的競賽中，鈣鈦礦太陽能電池以高效率、低成本和易加工等優(yōu)勢成為新一代光伏技術的熱門方向。

　　然而，這一技術體系的核心材料含鉛，潛在的環(huán)境與健康風險始終如“達摩克利斯之劍”般懸于頭頂。如何在兼顧性能的前提下擺脫“鉛”的束縛，實現(xiàn)真正綠色無害的光伏發(fā)電?這是國際學界亟待解決的關鍵問題。

　　自 2021 年回國加入復旦，梁佳團隊便投身“追光”之路，致力于破解這一問題。為實現(xiàn)綠色無害化，他們將目光鎖定在同樣具有優(yōu)異光電特性、但環(huán)境友好的“錫”元素上?！拔覀兊哪繕撕苊鞔_，就是打造一款真正綠色、全生命周期無害的太陽能電池?！彼硎?。

　　錫基鈣鈦礦因具有理想帶隙、高遷移率和良好環(huán)境相容性，被視為最具潛力的無鉛替代體系。然而，由于錫離子易氧化、晶體結構不穩(wěn)定、界面缺陷多等問題，其性能長期停滯不前。長久以來，傳統(tǒng)研究更多借用鉛基鈣鈦礦的功能層來提高效率，很少有人另辟蹊徑，徹底摒棄這些功能層，重新尋找新型的、和錫基鈣鈦礦更匹配的功能層來提升效率。

　　錫基雖足夠綠色無害，但是性能存在“扯后腿”問題。梁佳團隊起初發(fā)現(xiàn)其光電轉(zhuǎn)換效率非常低，不到 10%。同時，鉛基和鋅基在晶體生長動力學和薄膜成膜機理上存在本質(zhì)差異?？梢哉f，以“錫”代“鉛”是一次走出“舒適圈”的挑戰(zhàn)。

　　過去五年，梁佳團隊圍繞缺陷調(diào)控、界面優(yōu)化、載流子抽取和功能層設計等關鍵科學問題持續(xù)攻關，系統(tǒng)建立了從材料生長到能帶調(diào)控和界面工程的完整技術體系，成功制備出綠色環(huán)保和轉(zhuǎn)換高效的錫基鈣鈦礦太陽能電池。

　　錫基鈣鈦礦太陽能電池

　　這一成果經(jīng)第三方權威認證，光電轉(zhuǎn)換效率達到了 17.7%，打破了此前 16.5% 左右的鈣鈦礦光電轉(zhuǎn)換效率世界紀錄，成為目前錫基鈣鈦礦太陽能電池轉(zhuǎn)換效率的世界第一。

　　“這項技術已經(jīng)實現(xiàn)真正的無鉛化，解決了目前行業(yè)中鉛基鈣鈦礦的鉛毒性問題。未來，我們會繼續(xù)通過各種方式對其功能層進行調(diào)節(jié)，以實現(xiàn)更高效率和更穩(wěn)定的目標?！绷杭芽偨Y。

　　下一步，團隊希望與相關領域企業(yè)建立合作，建設實驗基地，推進錫基鈣鈦礦太陽能電池的產(chǎn)業(yè)化。未來，這一綠色光伏技術有望在光伏建筑一體化、可穿戴能源器件、汽車車頂以及離網(wǎng)清潔供能系統(tǒng)等領域?qū)崿F(xiàn)廣泛部署。