第192次-- 科学与技术前沿论坛

论坛摘要

我国光伏领域经过几十年的发展，已构建了成熟的晶硅和III-V族多结技术体系，并形成了相应的民用和航空产业链，钙钛矿等新兴材料和叠层器件的创制亦处于国际领先地位。然而，光伏领域仍面临诸多挑战，如：器件效率难以大幅提升、大面积模组效率难以保持、空间辐照稳定性瓶颈难以突破等。在此背景下，2025年3月30日至31日在苏州召开了以“界面科学与高性能太阳电池”为题的科学与技术前沿论坛，深入研讨各类光伏体系的界面科学共性机制，以期促进新一代光伏材料和器件技术路线的形成，推动我国在该领域的可持续性发展和抢占科技制高点。详情...

主题报告

钙钛矿技术的高通量研究方法
范斌董事长昆山协鑫光电材料有限公司

钙钛矿技术效率上限高，同时结构复杂，相对于传统晶硅光伏材料可谓复杂而敏感。要实现钙钛矿技术的高效率、高稳定性应用，必须对钙钛矿的材料和工艺有更深入的认识。人工智能可望加速研发进程，而人工智能的可靠应用，必须以大量可信的实验数据为基础。因此，高通量技术就是实现 AI 辅助钙钛矿研发的基础。
面向叠层应用的钙钛矿电池缺陷和结构研究
徐集贤教授中国科学技术大学

聚焦缺陷态调控与器件物理优化，系统性突破效率 - 稳定性协同提升难题：提出三卤合金策略抑制光致相分离；揭示钙钛矿 / 聚合物多模式反应与深能级缺陷的构效关系；首创多孔绝缘接触（PIC）结构破解钝化 - 传输权衡矛盾；开发空气制备 p-i-n 器件的综合稳定剂体系。2023-2024 年实现 p-i-n 倒置器件26.1%（认证）、26.7%（稳态）效率纪录，打破 n-i-p 结构垄断格局，成果入选“NREL”及权威光伏效率表。研究为构建高效稳定钙钛矿顶电池提供全链条解决方案，推动叠层技术产业化发展。
钙钛矿太阳能模组的运行稳定性研究
赵晓明教授南京航空航天大学

钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已经接近晶硅太阳能电池，但其相对较差的长期稳定性仍然制约着商业化进程。要实现钙钛矿太阳能电池的产业化应用，需要进一步提升其运行寿命。本报告将介绍我们在钙钛矿太阳能模组稳定性方面的研究工作。首先，我们研究了电池在不同温度下的运行稳定性，并将阿伦尼乌斯公式引入器件性能衰退速率与温度的关系中，建立了与实验结果相符的数学模型，从而实现了对器件长期寿命的有效推算。此外，为了克服传统液相法在均匀后处理大面积钙钛矿电池器件方面的局限性，我们开发了气相氟蒸汽后处理技术。这一技术实现了大面积钙钛矿薄膜的均匀钝化，提升了大面积钙钛矿模组的效率和稳定性。
光催化半导体带隙缺陷态及极化子表征的时间分辨谱研究
翁羽翔研究员中国科学院物理研究所

光催化半导体能带设计要考虑两个相互制约的因素：（1）宽带隙半导体化学驱动势大，但吸光范围小；（2）窄带隙半导体化学驱动势小，但吸光范围大。实验中通常会对宽带隙半导体进行掺杂改性，提高其吸光范围，然而这样的处理会产生额外的带间能级，影响光催化反应。我们发展了一种能够系统表征半导体纳米材料中间能级的光学方法，即带隙能量激发能量扫描 - 时间分辨中红外光生载流子探测谱，时间分辨范围分别覆盖飞秒 - 纳秒；纳秒- 毫秒。利用该方法，表征了一系列光催化半导体材料。如应用纳秒时间分辨带隙激发能量扫描 - 时间分辨中红外光谱研究了金红石 TiO2 ，锐钛矿 TiO2 和硼掺杂锐钛矿 TiO2 的带间缺陷态能级分布，阐释了 TiO2 带间缺陷态对全光解水反应的影响。应用飞秒时间分辨带隙激发能量扫描 - 时间分辨中红外光谱研究了 ZnO 微晶和 CdS 微晶的带间缺陷态，并在 ZnO 微晶中观测到了由电 - 声耦合形成的自限极化子；在 CdS 中微晶中分别观测到自限极化子和空穴极化子。
突破 Shockley–Queisser 效率极限的太阳能转化研究前沿
吴凯丰研究员中国科学院大连化学物理研究所

常规的太阳能电池器件效率存在着 Shockley–Queisser 极限，主要源于低能量光子的透过损耗和高能量光子导致的载流子热化损耗。国际学者们曾提出过热电子提取、多激子产生、单线态裂分及光子上转换等策略来突破Shockley–Queisser 极限，但都面临具体的科学技术难题。本报告将简单回顾这些概念及相关的实验进展，还将介绍我们课题组在近红外上转换光化学合成、量子裁剪型太阳能聚光器等新型太阳能转化研究思路方面的进展。

第192次：界面科学与高性能太阳电池