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長期以來，大面積制備鈣鈦礦太陽能電池時，鈣鈦礦薄膜均勻性、環保工藝與光伏組件長期運行可靠性，成為其產業化的三大瓶頸。近日，南京大學譚海仁教授團隊聯袂仁爍光能（蘇州）有限公司，攻克了鈣鈦礦薄膜生產中綠色溶劑制備以及薄膜制備均勻性的難題，實現了鈣鈦礦光伏組件光電轉換效率和組件長期運行可靠性的雙重突破。12月5日，該成果刊發于國際學術期刊《科學》。

鈣鈦礦太陽能電池作為極具發展潛力的新一代光伏技術，以其成本低、效率高、能耗少、可柔性制備等優勢，被視為推動能源結構綠色轉型的重要方向。

論文的共同通訊作者、南京大學功能材料與智能制造研究院助理教授肖科介紹，要實現鈣鈦礦太陽能電池綠色制備，需要借助大量的助溶劑二甲基亞砜完全溶解鈣鈦礦前驅體。然而，大量使用二甲基亞砜，不僅容易抑制鈣鈦礦的成核過程，還與鈣鈦礦前驅體形成強配位作用，阻礙了鈣鈦礦的均勻結晶，最終導致薄膜界面附著力差并引發基底剝離現象。

針對這一難題，團隊創新性地設計了一種由γ-戊內酯、二甲基亞砜和2-甲基四氫呋喃組成的混合綠色溶劑體系，并創新制備工藝，實現了鈣鈦礦光伏組件在制造中的環境友好。

大面積制備鈣鈦礦薄膜時，因溶劑揮發不均，易導致“邊緣效應”，即薄膜邊緣處結晶質量差。為突破這一瓶頸，團隊創新性地提出“溶劑限制邊緣保護”策略。肖科表示，團隊在鈣鈦礦前驅體中引入十四烷基三甲基氯化銨添加劑，這如同為鈣鈦礦薄膜邊緣穿上“防護服”，確保薄膜不同區域的溶劑揮發速度基本一致，從而使鈣鈦礦結晶更加均勻，提高組件量產效率。

基于上述方法，研究團隊制備了0.72平方米的商用鈣鈦礦光伏組件。經美國可再生能源實驗室認證，其穩態光電轉換效率達17.2%，創下了當時的世界紀錄。該組件目前已通過了德國萊茵TüV IEC61215/61730、美國安全檢測實驗室、中國質量認證中心的認證和許可。

“此次研究突破了鈣鈦礦太陽能電池產業化的關鍵瓶頸，是推動其邁向商業化進程的重要一步。”肖科說，目前，該技術已由南京大學與仁爍光能（蘇州）有限公司共同提交了專利申請，并在150兆瓦中試生產線上穩定運行。

論文共同通訊作者譚海仁介紹，近一年來，經過不斷的工藝迭代，近期，團隊在量產0.72平方米商用鈣鈦礦光伏組件時，將該組件的光電轉換效率提升至22%，推動該組件在發電性能上趨近當前主流晶硅組件。

（受訪者供圖）