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

高效稳定钙钛矿太阳能电池模组研究
赵一新教授上海交通大学

铅卤钙钛矿太阳能电池因高效率和低成本优势备受关注。课题组前期通过添加剂结晶调控与异质组分钝化策略，攻克了钙钛矿薄膜可控结晶、缺陷抑制及稳定性提升难题。近年聚焦电池模组表界面稳定性，构建内源性维度调控与外源性顶 / 底界面调控协同策略：提出外源性低维有机阳离子通过离子交换实现维度调控新机制，阐明有机 - 无机杂化与无机钙钛矿在界面低维化及表面端基化的本质差异，创新设计功能化阳离子实现 2D/1D/1.5D 多维度钙钛矿精准构筑。基于底界面外源性调控，开发双向离子迁移稳定化技术。系列成果突破钙钛矿电池效率 - 稳定性协同优化瓶颈，为产业化应用奠定技术基础。
柔性钙钛矿太阳能电池及产业化
李耀文教授苏州大学

柔性钙钛矿太阳能电池（FPSCs）凭借可变形、低成本等优势在可穿戴能源领域潜力显著，但柔性衬底热稳定性差及钙钛矿薄膜机械脆性严重限制其应用。本研究针对薄膜生长不可控与界面断裂两大瓶颈展开攻关：首创原位交联诱导生长技术，突破基底限制，实现国际领先效率；揭示内应力生成机制，通过结晶动力学调控获得无应力均质薄膜；创新设计室温自修复弹性体，在晶界构筑“韧带结构”同步阻隔水氧并修复裂纹。最终研制5×5 cm²大面积组件（效率 20.5%），弯曲 20000 次后性能保持率达 92%，创 FPSCs 效率 - 机械稳定性新纪录，为柔性光伏产业化奠定技术基础。
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。
量子点（溶液半导体纳米晶）太阳能电池
彭笑刚教授浙江大学

溶液半导体纳米晶（Colloidal semiconductor nanocrystals）是溶液中合成与加工、尺寸在 1-100 nm、尺寸单分散的半导体单晶。如果尺寸小于体相无机半导体的激子尺寸，半导体纳米晶处于强限域范围，称为量子点。在文献中，半导体纳米晶常常被直接等同于量子点，以无机半导体纳米晶为基础制备的太阳能电池也就是量子点太阳能电池。本报告将从半导体纳米晶自身独特的化学性质（如溶液加工性）、光致激发电子 - 空穴对的特殊性质（dynamic exciton）、半导体导电性（载流子掺杂导电）等方面出发，分析量子点太阳能电池的研究现状与产业化前景。
应用激发能量扫描 - 时间分辨中红外光谱测量半导体材料带隙缺陷态能级
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。

第192次：界面科学与高性能太阳电池