中国科学家破解长期难题！新型太阳能电池转换效率刷新世界纪录

发布者：凉月入秋 2026-7-22 10:04

国际学术期刊《自然》日前在线发表中国科学院化学研究所李永舫院士和孟磊研究员团队研究成果：他们将钙钛矿-有机叠层太阳能电池的认证稳态光电转换效率提升至28.04%，刷新该类电池世界纪录；研究团队设计并引入一种可随光照发生结构转变的智能分子，解决了长期制约该类电池的“见光就衰”难题。今天请知名科普作者张田勘来解读这个研究的重要性。

（1）下一代高效光伏电池的代表

光伏电池能够将太阳光能直接转换为电能，其基本原理利用光照使不均匀半导体或半导体与金属结合部位之间产生的电位差，把光能直接转化为电能。目前，市场上应用最多（超过90%）并且最成熟的是单晶硅和多晶硅光伏电池，其次是薄膜材料光伏电池。

本项研究聚焦的钙钛矿-有机叠层太阳能电池是一种新型光伏电池，也是下一代高效光伏电池的代表。它由两种互补的光吸收材料垂直串联堆叠而成，这两种材料分别吸收不同波段的太阳光，类似分工合作的“光谱捕手”，理论上可突破单结电池的效率极限。单结电池意味着只能利用太阳光谱中某一个特定范围的光子能量。市场上最常见的单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池都属于单结电池，转换为电能的效率有限。

（2）智能分子助电池“驭光”续航

既然是利用太阳光能的光伏电池，本应喜欢阳光，但科学家发现，钙钛矿-有机叠层太阳能电池有些“怕光”，即在持续光照下易发生性能衰减，究其原因是“卤素相分离”。

以往，为了有效匹配底层的有机电池，顶部的钙钛矿必须在内部添加碘（I）和溴（Br）两种卤素元素。但这两种元素在持续的阳光照射下“各自为政”，形成一部分区域溴扎堆，另一部分区域碘富集，即卤素相分离现象，导致电池“见光衰”，从而使研发长期难有突破。

从根源上解决钙钛矿-有机叠层太阳能电池的短板，是要让其从“惧光”转为“驭光”。经过不断探索，李永舫与孟磊团队设计了一种智能材料——光转换添加剂分子，它能够根据外界光照条件的改变，自动发生化学结构转变，从而在不同阶段发挥不同功能。

研究人员设计的这种名为TDB的分子，在太阳能电池中能进行全阶段调控。当太阳能电池在实验室或工厂进行溶液制备和结晶成膜时，TDB表现为初始结构，它强行拖住溴离子快速聚集的脚步，让所有离子均匀排列，从而在电池成膜阶段就形成一块成分分布极为均匀、晶格质量高的钙钛矿薄膜。之后，在电池接受太阳光照射发电时，TDB又变身为一种“强力胶水”。在阳光照射下，TDB吸收光能转变为一种全新结构的新分子TAB。新生的TAB能够与钙钛矿表面结合得更牢固，杜绝了碘、溴分家的卤素相分离。

依靠这种分子保护，钙钛矿-有机叠层太阳能电池的开路电压创下历史新高，稳态转换效率达到28.04%，刷新了世界纪录。在连续暴晒工作625小时后，电池依然能维持90%的性能，让原本怕光的叠层电池能持续供能。

若能逐步解决大面积效率衰减与长期稳定性等问题，钙钛矿-有机叠层电池有望率先应用于对重量敏感的近地卫星、高空无人机等领域，并进一步拓展至可折叠户外发电装备、柔性车贴、建筑光伏一体化幕墙等场景，为未来“有光即发电”的广泛应用提供可能。

（供图：视觉中国）

来源：北京日报客户端

记者：汪丹

太阳能化学设计李永舫 2019未来科学大奖

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