中国再出黑马！科学家成功破解钙钛矿难题，太阳能电池效率创新高

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在中国科学院半导体研究所的实验环境中，游经碧研究员所带领的科研小组近期实现了一项重要进展：成功开发出光电转换效率达到27.2%的钙钛矿太阳能电池原型器件。

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这一经过权威机构认证的性能指标，不仅明显高于目前市场上主流单晶硅光伏产品的实际表现，更关键的是，该团队还同步攻克了长期制约钙钛矿材料走向实用化的稳定性瓶颈问题。

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巧捉“逃逸”的氯离子

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钙钛矿型太阳能器件之所以被广泛看好，源于其可通过溶液印刷工艺低成本制造，并具备实现高效率光电响应的巨大潜力。

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历经十六年的技术演进，此类电池的转化效率已由最初的3.8%跃升至超过26%，但理论极限与工程现实之间始终存在显著差距。

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游经碧团队通过深入分析发现，问题根源在于制备过程中常用的一种关键助剂——氯化甲铵。

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在常规工艺流程中，氯化甲铵常用于促进甲脒碘化铅薄膜结晶过程，但在热处理阶段会引发一个难以控制的现象：氯离子发生非定向迁移，并富集于薄膜表层区域。

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这种“内部成分分布不均”的状态如同潜藏的缺陷源，容易造成表面态密度升高和能级排列错位，严重干扰载流子传输能力，同时加速材料的老化进程。

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钾离子的精准捕获

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针对这一难题，研究组展现出卓越的材料调控智慧。

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他们在退火环节引入碱金属草酸盐体系，具体选用双草酸钾作为功能添加剂。

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该化合物在加热条件下分解，释放出带正电荷的钾离子。这些阳离子对氯元素表现出强烈的结合倾向，能够迅速与其反应生成稳定的氯化钾。

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犹如布设一张精确设计的离子拦截网络，钾离子有效抑制了氯元素沿垂直方向的无序扩散，促使整个钙钛矿层内卤素分布更加均匀。

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基于此项策略，研究人员成功制备出载流子寿命高达20微秒的高质量半导体薄膜，界面处缺陷浓度也实现了数量级上的下降。

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稳定性的飞跃

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这项成果的意义不仅体现在效率数值的突破，更重要的是带来了稳定性的实质性提升——这正是决定钙钛矿技术能否跨越实验室门槛进入工业应用的核心因素。

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实测数据显示，在标准光照强度下以最大功率点持续工作1529小时后，新型器件仍可维持初始效率的86.3%。

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在更为严酷的加速老化测试中，当样品暴露于1个太阳光强与85℃高温协同作用环境时，连续运行满1000小时后效率保留率依然达到82.8%。

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此等耐久性远超早期钙钛矿器件通常在数百小时内即出现明显衰减的表现，为后续商业化推广提供了强有力的可靠性依据。

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技术路线的百花齐放

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除游经碧团队的研究外，整个钙钛矿光伏领域正呈现出多路径并行发展的活跃格局。

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晶澳科技研发中心联合华中科技大学科研人员，采用界面分子取向调控方法，设计合成了一种名为PMEAI的功能分子，使其能够在钙钛矿表面形成平行排列结构。

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这一独特构型诱导产生界面电场反转效应，显著增强了电子提取能力，最终使最优器件获得26.7%的能量转换效率。

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上海交通大学戚亚冰教授课题组则聚焦于超柔性钙钛矿电池的研发方向。

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他们创新提出“氧化镍+自组装单分子层”复合空穴传输结构，在小面积器件上实现了20.3%的光电效率，为未来可穿戴能源系统与物联网终端供电开辟了新路径。

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产业化的加速跑

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实验室的技术革新正快速向现实生产力转化。行业统计表明，钙钛矿光伏正步入规模化落地的关键时期。

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多条百兆瓦级别的生产线已相继建成，部分进入调试或正式投产阶段；多个兆瓦级电站项目也已实现长期并网运行。

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极电光能的实践尤为突出。其150兆瓦中试线已稳定运行近三年，产品合格率维持在95%左右，接近传统晶硅产线的技术成熟度。

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该公司吉瓦级量产线一期工程已于2025年初启动生产，经过半年产能爬坡与工艺优化，目前已实现批量交付，成品良率稳定在约90%水平。

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在下游应用场景方面，现有投运的钙钛矿电站中，单个项目规模已达兆瓦级别，运行时间最长者接近二十四个月。

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近期由华能集团投入使用的5兆瓦地面光伏电站，是当前国内装机容量最大的全钙钛矿地面发电项目。

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未来前景与挑战

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随着各项核心技术逐步完善，钙钛矿的应用边界正在不断拓展。

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相较于晶硅电池，该技术拥有诸多潜在优势。首先是成本优势，钙钛矿材料可通过低温溶液法沉积，制造流程简洁且能耗更低。

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其次是应用形态的多样性，因其可制备于柔性基材之上，具备轻质、可弯折特性，从而为建筑外墙集成、车载光伏发电以及便携式电子设备供能等新兴场景创造了可能性。

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TÜV莱茵大中华区太阳能服务首席技术专家高祺指出，光伏技术发展路径正在经历结构性转变。在TOPCon与HJT为代表的晶硅钝化技术逐渐趋于饱和之际，新材料体系成为推动效率再上台阶的重要突破口。

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尽管如此，从实验室验证到大规模商用部署，钙钛矿仍需应对多重考验。

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如何在大面积涂布条件下保持高效输出、进一步积累长期户外运行数据、解决铅元素环境风险等问题，仍是亟待深化研究的方向。

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结语

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钙钛矿光伏技术的迭代速度正在加快。随着类似游经碧团队这样的创新成果持续涌现，叠加产业化进程的稳步推进，预计在不远的将来，这类新型太阳能电池将广泛应用于建筑物立面、汽车玻璃、移动电源乃至智能服饰等多种载体。

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每一缕阳光洒落在钙钛矿薄膜之上，不仅激发了清洁电力的生成，更映射出人类迈向绿色可持续能源时代的坚定步伐。