北京
【环球时报综合报道】中国新型太阳能电池刷新世界纪录。国际学术期刊《自然》杂志日前刊发了中国科学院化学研究所李永舫院士、孟磊研究员团队的最新成果。经第三方机构认证，团队制备的钙钛矿-有机叠层太阳能电池稳态光电转换效率达到28.04%，刷新该类型电池的世界纪录。近日，该科研团队成员接受了《环球时报》记者的专访。
钙钛矿-有机叠层太阳能电池器件（受访者供图）
要理解这项突破的难度，首先得了解一个长期制约宽带隙钙钛矿性能和稳定性的关键问题：卤素相分离。
“这种相分离现象一旦发生，电池的电压就会像漏气的轮胎一样不断下降，性能持续衰退，成为阻碍其走向实际应用的致命短板。”孟磊向《环球时报》记者形象地解释道，这个问题之所以棘手，在于它贯穿了钙钛矿材料从“出生”到“工作”的全生命周期。以往的研究大多只针对其中一个阶段进行修补，好比“头痛医头、脚痛医脚”，难以根治。研究团队创新性地提出“全阶段调控”策略，像一位高明的“微观协调员”，在材料制备和使用的全过程中抑制了有害的相分离现象。
“截至论文发表时，28.04%这一转换效率刷新了钙钛矿-有机叠层太阳能电池的世界纪录，表明我国在这一新兴光伏方向上处于国际领先水平。”李永舫告诉《环球时报》记者。在实验室持续光照运行测试中，器件运行625小时后仍保持初始效率的90%，显示出较好的运行稳定性。不过，这一结果仍需通过更长时间的标准化测试、户外运行及复杂环境验证进一步检验。
钙钛矿和有机太阳能电池之所以备受瞩目，不仅因为效率潜力高，更是因为它们为光伏器件的制造方式和应用形态提供了新的可能。
“钙钛矿和有机太阳能电池可以采用溶液加工，通过卷对卷印刷、狭缝涂布等方式进行连续制造，”李永舫描述了一幅令人向往的图景，“这意味着未来太阳能电池不一定只是一块安装在屋顶或地面的‘板’，也可以成为一种轻薄、柔性、能够与不同物体表面集成的能源功能材料。”
换言之，这种技术让“像印报纸一样造电池”不再只是科幻设想。溶液的流平性使得大面积涂布成为可能，光电功能层的厚度通常处于微米或亚微米尺度，制成柔性器件后，甚至可以弯曲折叠。这种物理形态的改变，将拓展光伏产业的应用场景。
李永舫向《环球时报》记者解释称，这类电池天然的轻量化与柔性优势，使其有望应用于建筑光伏一体化（BIPV），比如直接做成能发电的弧形屋顶或窗户遮阳帘；也有望应用于便携式能源设备和可穿戴设备；更可能在无人机减负、空间供能等对重量极度敏感的领域大显身手。上层宽带隙钙钛矿还能为下层有机材料过滤掉紫外光，而有机层自带的疏水性又能保护钙钛矿减缓水汽侵蚀，二者在光谱吸收和稳定性上形成了1+1>2的协同效应。
李永舫表示：“可以印刷”代表了一种重要的制造潜力，但真正实现像印刷工业一样高速、连续和低成本生产，仍需要材料、装备、工艺、封装和质量控制的共同进步。
除了应用广泛的地面市场，团队的目光也投向了遥远的太空。在专访中，专家提及一个关键词：高比功率（即单位质量所能提供的输出功率）。
“钙钛矿-有机叠层太阳能电池在空间应用方面最值得关注的优势，就是高比功率和柔性潜力。”李永舫向《环球时报》记者解释道。对航天器而言，发射质量和收纳空间受到严格限制，因此提高单位质量所能提供的输出功率，有助于减轻太阳翼系统的质量与空间负担。如果这种轻薄如纸、能像卷轴一样卷曲收纳的柔性电池应用于新一代航天太阳翼，将带来系统级的“减负革命”。李永舫设想，未来的太空光伏板可能不再局限于冰冷的平板矩阵，而是能与可展开薄膜结构、充气式舱体甚至航天器复杂的曲面蒙皮高度贴合。
那么，这种在实验室中取得突出性能指标的新型电池，能否适应太空恶劣的环境？李永舫表示：“未来还需要经过系统的空间环境模拟和在轨验证，才能判断其在抗辐照、真空稳定性、极端温差和长期服役方面的实际表现。”
据专家介绍，高能粒子辐照、原子氧侵蚀、剧烈的冷热交变（温差可达数百摄氏度），这些都是钙钛矿和有机材料尚未在地面大规模验证过的“魔鬼考题”。李永舫透露了接下来的攻关方向：“先实现高效率、高稳定性的小面积电池，再发展大面积子组件和柔性组件，随后开展复杂环境可靠性评价，最终根据不同应用场景进行地面示范或空间验证。”
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