給鈣鈦礦“拋光上漆” 太陽能電池也可兼得“高效”與“長壽”
來源：光明日報 時間：2026-08-17 11:30
理想的鈣鈦礦太陽能電池須至少滿足兩個要求——效率要高，還得用得久?？涩F(xiàn)實中，太陽能電池往往效率沖得高、成本壓得低，但壽命拖后腿。日前，北京大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院周歡萍教授團(tuán)隊發(fā)表相關(guān)成果，提出了基于等離子體的表面工程新策略，先給鈣鈦礦表面“拋光”、再“上漆”，把“高效”與“長壽”裝進(jìn)同一塊電池。
鈣鈦礦憑什么被看好？“光電轉(zhuǎn)換效率高、制備成本低、還能做成柔性器件，是公認(rèn)的下一代光伏技術(shù)發(fā)展方向。”周歡萍介紹，然而，它有個天生的短板：材料晶格偏“軟”，結(jié)晶生長、器件加工時，表面很容易長出大量缺陷。這些缺陷像墻上的坑洼，既白白浪費(fèi)能量、又讓離子在材料里亂跑，用不了多久，器件性能就明顯下滑。這也成為鈣鈦礦規(guī)?；飞献畲蟮慕O腳石。
怎么填平這些坑洼？科研團(tuán)隊給出的辦法，是給鈣鈦礦表面做一次“精裝修”。先用氬氣等離子體做物理刻蝕，把表面那層缺陷富集的“毛坯層”磨掉，這就是“拋光”；再用四氟化碳等離子體激活的氟物種，與表面未配位的鉛離子原位反應(yīng)，在鈣鈦礦表面筑起一層4至7納米厚、連續(xù)致密的氟化鉛“保護(hù)漆”。透射電鏡、能譜分析等測試確認(rèn)，這層“漆”又勻又牢，還不傷晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
“處理之后，變化一目了然：鈣鈦礦與電子傳輸層界面的缺陷密度降低了約一個數(shù)量級，坑洼被填平，能量不再白白流失；表面能級結(jié)構(gòu)隨之理順，電荷提取更順暢。”周歡萍說。
“效率與壽命，這次都拿到了高分?！敝軞g萍介紹，小面積電池實現(xiàn)27.2%的冠軍光電轉(zhuǎn)換效率；100平方厘米的太陽能模組達(dá)到24.0%，認(rèn)證效率23.5%。穩(wěn)定性效果同樣優(yōu)秀：小面積器件在85攝氏度、1個太陽光照射下連續(xù)運(yùn)行2000小時，仍保有初始效率的98.1%；封裝模組在65攝氏度下運(yùn)行1600小時，保有99.3%；紫外老化、熱老化、反向偏壓、晝夜循環(huán)……一道道考驗也均順利通過。
“等離子體驅(qū)動的界面重構(gòu)，突破了傳統(tǒng)氣相、液相、固相鈍化方法在可控性、大面積均勻性上的限制，為未來高性能鈣鈦礦光伏組件產(chǎn)業(yè)化制備提供了重要技術(shù)參考。”周歡萍說。
新知解碼 鈣鈦礦是什么？
別看它叫鈣鈦礦太陽能電池，其實里面既沒有鈣，也沒有鈦?！扳}鈦”來自最早發(fā)現(xiàn)的一種叫“鈣鈦礦”的礦石，這種礦石的成分是鈣、鈦、氧。電池里用“鈣鈦礦”借的只是它的晶體結(jié)構(gòu)，材料本身是人工合成的鉛鹵化合物。
這種結(jié)構(gòu)的奧妙在于“搭積木”：兩種正離子、一種負(fù)離子，按固定格式在空間里排成骨架，換一塊“積木”，材料的本事與“脾氣”就跟著變，吸光、導(dǎo)電都能被調(diào)校。鈣鈦礦尤其擅長吸光，幾百納米厚的一層薄膜就能把陽光吃下，加上溶液低溫就能加工，像“刷漆”一樣一層層涂出來，性能還很好。正因如此，科學(xué)家才將它定為未來光伏技術(shù)的重要候選活性層材料之一。（晉浩天）
責(zé)任編輯：王萍
