突破效率与稳定性双瓶颈！宁波材料所羧酸根调控策略重塑全钙钛矿叠层光伏技术

钙钛矿作为光伏技术的“潜力赛道”，其发展一直备受关注——谁能破解全钙钛矿叠层太阳能电池的核心难题，谁就有望抢占下一代光伏技术的主动权。近期，中国科学院宁波材料技术与工程研究所葛子义、刘畅研究员团队传来振奋人心的消息，该团队在该领域取得里程碑式新突破，相关成果已发表在国际能源领域顶刊《Joule》上，为这项技术的规模化落地扫清了关键障碍。

事实上，全钙钛矿叠层电池的优势十分突出：它巧妙融合了宽带隙（WBG，1.7–1.8 eV）与窄带隙（NBG，1.2–1.3 eV）钙钛矿材料的特性，通过合理堆叠不同带隙的材料，能最大限度利用太阳光谱，理论效率远超传统晶硅电池，一直被业界视为第三代光伏技术的核心方向。

但理想与现实之间仍有差距，该技术产业化面临诸多卡点。长期以来，行业内相关研究表明，全钙钛矿叠层电池的产业化一直受限于胶体层面的问题：两类子电池的胶体前驱体结晶速度不匹配，溴基配合物溶解度低，配位剂对金属离子的结合能力也不均衡，导致胶体体系不稳定；再加上界面存在低配位金属离子，光照还会加剧溴和碘的不可逆分离，最终引发相分离和缺陷累积，效率和稳定性始终难以兼顾，这也是行业内公认的“老大难”问题。

针对这些瓶颈，葛子义、刘畅研究员团队没有走“头痛医头”的老路，而是在前期多年钙钛矿电池研究的基础上，原创性地提出了一套梯度羧酸根协同调控体系。简单说，就是用酒石酸根（Ta⁻）和柠檬酸根（Cit⁻）这两种羧酸根阴离子，对宽、窄带隙子电池的成核过程进行精准调控，再配合胆碱阳离子实现界面协同钝化，从根源上解决胶体不稳定、缺陷多的问题。

具体来看，这套调控策略的分工很明确：酒石酸根（Ta⁻）专门负责稳定宽带隙胶体中的Pb²⁺配位结构，既能抑制WBG层的相分离，还能促进晶体均匀生长；柠檬酸根（Cit⁻）则聚焦窄带隙胶体，优化其中的Sn-I键合，钝化Sn²⁺缺陷，让电荷传输更顺畅；胆碱阳离子则起到“辅助加固”的作用，进一步钝化晶体和胶体界面处的低配位金属离子，构筑起稳定耐用的基体。

这套双重调控策略带来的性能提升十分显著：小面积器件的光电转换效率达到了29.76%，第三方权威认证效率也有29.22%；在最大功率点下连续运行700小时，效率还能保持初始值的90.2%，稳定性大幅提升；更值得一提的是，1 cm²大面积器件的效率也达到了28.87%，这意味着它不是实验室里的“小众成果”，而是具备了规模化应用的潜力。

这项突破最有价值的地方在于，它不只是单纯追求效率冲高，更关键的是建立了一套可复制、可放大的胶体化学调控方法，能直接对接溶液法成膜、狭缝涂布、卷对卷等工业化制备工艺，完美解决了大面积制备中“效率滑坡”“一致性差”等行业共性难题，这对光伏装备升级、高效组件量产来说，意义重大。

该成果不仅标志着我国在全钙钛矿叠层电池基础研究领域稳居国际第一梯队，更给光伏行业带来了新的期待——相信在这套技术的推动下，全钙钛矿叠层太阳能电池距离规模化商用，会越来越近。