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校企协作新成果,我国柔性钙钛矿光伏电池新突破

更新时间:2025-08-24 09:50:00点击:

  在全球积极推进能源转型、大力发展清洁能源的大背景下,光伏技术作为获取可持续能源的重要途径,一直是科研与产业界关注的焦点。近期,我国在校企协作的模式下,于柔性钙钛矿光伏电池领域取得了重大突破,为这一具有广阔前景的技术迈向大规模应用又迈出了坚实一步。

  钙钛矿,作为新一代光伏技术的重点研究方向,相比传统的晶硅材料,有着诸多令人瞩目的特性。其重量轻,质地柔软,且制备过程相对简易,这使得它在诸多应用场景中展现出巨大潜力。长久以来,制备钙钛矿薄膜多采用玻璃等刚性材料作为基板,尽管以此制成的刚性钙钛矿光伏电池在光电转化效率上已趋近成熟的晶硅光伏电池,但却未能充分发挥钙钛矿材料的柔性优势。与之相对,采用塑料等柔性基板制备钙钛矿薄膜时,又面临着缺陷较多、光电转化效率难以提升的困境,这一难题犹如“拦路虎”,严重阻碍着钙钛矿技术的产业化进程。

  来自南京大学的谭海仁教授牵头的研究团队,在柔性钙钛矿叠层光伏电池领域取得了关键性进展。谭海仁教授于2021年创办了仁烁光能(苏州)有限公司,将团队多年在钙钛矿研究方面积累的成果进行产业转化。同年,2021级直博生李曼亚加入谭海仁团队,着手开展柔性钙钛矿课题研究。

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  李曼亚在研究中发现,为修复钙钛矿薄膜制备过程中产生的缺陷,学术界过往开发了多种添加剂,常规做法是将添加剂提前混入钙钛矿溶液中。她形象地将钙钛矿溶液比作摊煎饼用的面糊,当把面糊摊到“鏊子”(基板)上后,溶液在高温作用下蒸发,钙钛矿开始结晶,晶体生长过程中缺陷随之出现,最终导致钙钛矿薄膜如同煎饼一样产生裂纹甚至孔洞。李曼亚大胆尝试新方法,先放置钙钛矿溶液,在气体淬火条件下,趁着钙钛矿薄膜表面仍湿润时加入添加剂,成功实现了对缺陷的精准修复,有效改善了薄膜平整度,相关实验于2023年在南京大学仙林校区实验室顺利完成。

  然而,要制造出面积更大的柔性钙钛矿光伏电池,不能简单照搬实验室工艺。因为基板平整度、涂层速度、气体流量等任何微小波动,都会对薄膜成品质量造成干扰。为攻克这一难题,2023年南京大学与仁烁光能共建“钙钛矿光伏校企联合实验室”。双方互派人员、联合办公,每日进行会商总结。谭海仁教授表示,在这两年时间里,他与李曼亚等团队师生常常往返于南京和苏州之间,前往企业车间对工艺进行测试,一旦发现问题,便回到高校实验室探索解决方案。

  功夫不负有心人,今年校企联合团队成功将原位涂层技术转移到工业级狭缝涂布设备上,实现了宽带隙钙钛矿薄膜在800多平方厘米的柔性基板上一次成型。这一成果意义非凡,大幅缩小了柔性钙钛矿光伏电池与刚性钙钛矿光伏电池在光电转化效率上的差距,目前相关实验室成果正在企业进一步转化、中试。

  无独有偶,西安交通大学的吴朝新教授带领团队在这一领域也成果丰硕。早在2013年,吴朝新教授就敏锐洞察到钙钛矿材料在光电转换效率、生产成本及制备工艺等方面的独特优势,毅然投身于钙钛矿光伏电池的研究。历经十余年深耕,团队从基础研究入手,逐步构建起完整的钙钛矿光伏电池理论体系,发表多篇高质量论文并获得多项国家发明专利,为后续产业化工作筑牢根基。

  吴朝新教授深知学术与产业相互依存、促进的关系,在持续进行学术攻坚的同时,积极组建包含高校科学家、博士及企业高管的跨学科精英团队,全力推动科研成果转化落地。2023年4月,团队成立西安天交新能源公司,专注于钙钛矿光伏电池研发及产业化。公司与西安交大深度合作,通过校企联合项目、共建实习基地、推动科研成果转化等方式,实现资源共享与优势互补,让学生深入了解产业需求、提升实操能力,企业也为学校科研提供资源与实践平台,助力科研成果应用。

  在理论与实践的反复磨合下,2024年1月,经权威认证,公司自主研发的大尺寸钙钛矿光伏组件光电转换效率达22.35%,突破当时纪录。基于此,团队成功探索出制造柔性钙钛矿太阳能电池产品的完整技术路线,并成功将产品推向市场。该产品应用场景广泛,可集成于遥控器使其摆脱传统电池,也能用于景观灯照明以摆脱外接电源束缚。目前,团队已为多家客户完成相关产品试制生产,有望成为国内首家攻克室内弱光场景应用技术的企业,以及全球首家实现柔性可卷曲钙钛矿光伏组件商业化量产的技术提供商。

  我国在柔性钙钛矿光伏电池领域通过校企协作取得的这些突破,是产学研深度融合的生动体现。从实验室的理论创新到企业的技术转化与生产实践,双方发挥各自优势,携手攻克技术难题。未来,随着校企合作的持续深化,以及更多科研力量与产业资本的投入,柔性钙钛矿光伏电池有望在成本降低、效率提升、稳定性增强等方面取得更大进展,加速其在户外设备、可穿戴电子产品、建筑光伏一体化、便携式光伏设备等领域的大规模应用,为我国乃至全球的能源转型与可持续发展注入强大动力。