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本报北京7月14日电（记者崔兴毅）新型太阳能电池薄如蝉翼，其上下两层却能分别“捕捉”不同颜色的太阳光，合力将光变成电的效率推上新高度。记者从中国科学院化学研究所获悉，中国科学院院士李永舫和研究员孟磊团队在钙钛矿—有机叠层太阳能电池研究上取得重大突破，成功将该类器件的稳态认证光电转换效率提升至28.04%，刷新世界纪录。相关成果于13日在《自然》上发表。
钙钛矿—有机叠层太阳能电池就像一道精心设计的光谱筛，上层宽带隙钙钛矿材料主要吸收高能光子，下层窄带隙有机材料专攻近红外光，二者协同能够突破这类电池的光电转换效率极限。“然而，含溴和碘的宽带隙钙钛矿材料长期有个‘惧光’的毛病：在制备和光照时，碘离子和溴离子容易分离，形成成分不均匀的区域，导致电池性能快速衰减。”李永舫介绍。
针对这一难题，研究团队创新提出“全阶段调控”策略，设计出一种可光转换添加剂分子。在制备成膜阶段，该分子帮助溴和碘均匀混合，避免初始“分家”；在光照运行阶段，它又会转变成结构更稳定、锚定能力更强的新分子，牢牢护住钙钛矿晶界，有效阻断离子迁移通道。
“新引入的可光转换添加剂分子正是实现从‘惧光’到‘驭光’这一转变的关键。”孟磊说。得益于这一策略，团队将经优化的宽带隙钙钛矿前电池与窄带隙有机后电池结合，制备出钙钛矿—有机叠层太阳能电池。经认证，该类器件的稳态认证效率达28.04%。在持续光照运行625小时后，器件仍能保持初始效率的90%，展现出良好的工作稳定性。
李永舫表示，钙钛矿—有机叠层太阳能电池兼具轻量化、柔性和高比功率优势，未来可广泛应用于建筑光伏一体化、可穿戴设备、无人机乃至空间站和深空探测等航天领域，“将为能源结构进一步转型和地球可持续发展提供新的科学技术路径”。
●新知前瞻
科幻场景加速照进现实
本报记者 崔兴毅
想象一下这样的未来：穿在身上的外套可以在阳光下随时给手机充电；无人机不必因电池耗尽而返航；建筑外墙不再是冰冷的混凝土，而是整栋楼的“发电皮肤”；甚至飞向深空的探测器仅靠一层薄膜，就能获得持久的能源补给……这些看似科幻的场景，正因钙钛矿—有机叠层太阳能电池的突破而加速照进现实。
此前，李永舫和孟磊团队已将同类叠层器件效率推进至26.4%，此番突破进一步打通了从实验室走向实际应用的关卡。
与传统光伏板必须架在支架上“晒太阳”不同，钙钛矿—有机叠层太阳能电池最大的魅力在于“轻”和“柔”。“它可以通过卷对卷印刷工艺像印报纸一样快速量产，厚度仅为传统硅电池的几十分之一，可以弯曲、折叠甚至裁剪成任意形状。”论文第一作者、中国科学院化学研究所博士生吴睿涵描述道。
在可穿戴设备领域，这种电池可以集成到衣物、背包、帐篷中，让户外运动和野外作业彻底告别“充电焦虑”；在建筑光伏一体化领域，它可以附着在玻璃幕墙、弧形屋顶甚至窗帘上，让整座城市变成一座垂直太阳能农场；在无人机等飞行器领域，轻薄的电池薄膜几乎不增加载荷，却能成倍延长巡航时间。孟磊展望说：“未来高空长航时无人机，可能就是靠这层‘皮肤’实现数月甚至更久的驻空。”
更令人期待的是太空应用。由于钙钛矿—有机叠层太阳能电池具有极高的比功率——单位重量能输出的功率远超传统太阳能电池，这对每克重量都要精打细算的航天器来说意义非凡。“发射成本是以克计价的，越轻意味着飞得越远。”李永舫表示，这类电池有望在空间站、卫星乃至深空探测中发挥独特作用，为人类迈向更远太空提供更加轻便高效的能源方案。
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