在光伏科技的前沿探索中，鈣鈦礦材料正展現出其巨大的潛力。中國科學院化學研究所與北京分子科學國家研究中心的研究團隊，攜手德國波茨坦大學的Felix Lang教授，近期在鈣鈦礦太陽能電池領域取得了突破性進展。
他們成功研制出開路電壓高達1.36V、光電轉化效率超過18%的寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池。這一成果不僅刷新了記錄，更為提升鈣鈦礦及有機疊層太陽能電池的效率開辟了新路徑。
▲ 圖 1c 鈣鈦礦-有機疊層太陽能電池結構示意圖及掃描電鏡截面圖
通過將寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池與有機太陽能電池巧妙結合，研究團隊構建了鈣鈦礦-有機疊層太陽能電池，實現了26.4%的光電轉化效率，這一數據經第三方認證達到了25.7%，成為當前此類疊層太陽能電池的最高效率。
鈣鈦礦/有機疊層太陽能電池作為新興技術，其獨特優勢在于能夠大幅拓寬可利用的太陽光譜范圍，并降低能量損失。寬帶隙鈣鈦礦材料作為頂電池，負責吸收短波長太陽光；而窄帶隙有機活性層則作為底電池，吸收近紅外長波長太陽光。
鈣鈦礦子電池還能過濾高能量光子，保護有機活性層免受光降解；有機子電池則作為封裝層，隔絕水氧，提升環境穩定性。疊層太陽能電池的中間透明電極層還能緩解鈣鈦礦頂電池負極處的離子擴散問題，使得鈣鈦礦-有機疊層太陽能電池的穩定性明顯優于單結鈣鈦礦和單結有機太陽能電池。
▲ 圖 1a 具有順反異構特性的1,4-環己二胺分子對寬帶隙鈣鈦礦表面的鈍化機制示意圖
▲ 圖 1b 不同鈍化分子處理的鈣鈦礦薄膜的光致發光量子產率及準費米能級分裂示意圖
在研究過程中，李永舫/孟磊團隊深入探索了具有順反異構特性的1,4-環己二胺分子對寬帶隙鈣鈦礦表面的鈍化機制。他們系統性地揭示了兩種順反異構的鈍化劑分子所導致的鈣鈦礦表面結構差異，并最終篩選出擁有優勢構型的順式鈍化分子（cis-CyDAI2）。這一發現為寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池降低電壓損失提供了全新思路。
此次研究成果不僅展示了鈣鈦礦材料在光伏領域的巨大潛力，也為未來太陽能電池技術的發展提供了新的方向和動力。
