中国科学院半导体研究所的一项创新性研究，通过调控钙钛矿薄膜中氯元素的均匀分布，同时推高了太阳能电池的效率与稳定性门槛。
中国科学院半导体研究所游经碧研究员团队在钙钛矿太阳能电池领域取得重要进展，成功研制出光电转换效率达27.2%的钙钛矿太阳能电池原型器件，并在稳定性方面实现显著突破。
该研究成果已于近日发表在国际权威期刊《科学》上。
01、 技术突破核心：氯元素分布均匀化策略
钙钛矿太阳能电池作为一种新型光伏技术，其光电转换效率在过去的十多年间从最初的3.8%迅速提升至26%以上，逼近传统单晶硅太阳能电池水平。
要实现高效率，制备高质量的钙钛矿薄膜是关键。甲基氯化铵因能降低钙钛矿成核势垒并促进晶体高质量生长，被广泛用作钙钛矿薄膜生长的辅助材料。
研究团队发现，在传统工艺中，甲基氯化铵中的氯离子在薄膜结晶过程中会向上表面迁移并富集，导致钙钛矿层在垂直方向上氯元素分布不均。
这种不均匀性会引发表面缺陷和界面电子势垒，增加载流子复合，制约电池性能与长期稳定性。
针对这一问题，团队提出了垂直方向均匀化氯元素分布的策略，在薄膜生长过程中引入碱金属草酸盐，利用其解离出的钾离子与氯离子之间的强结合作用，有效抑制了氯离子的无序迁移。
02、 性能表现：效率与稳定性协同提升
采用该方法制备的钙钛矿薄膜质量显著提升，载流子寿命延长至20微秒，界面缺陷密度大幅降低。
基于此薄膜研制的太阳能电池经多家权威机构独立认证，实现了27.2%的光电转换效率。
在稳定性方面，电池在持续运行1529小时后，仍能保持初始效率的86.3%；在85℃光热耦合加速老化条件下运行1000小时后，也维持了82.8%的初始效率。
稳定性一直是钙钛矿太阳能电池商业化道路上的关键挑战之一，该研究在效率与稳定性协同提升方面实现了重要突破。
03 、产业化前景：为商业化应用奠定基础
游经碧研究员领导的这项研究，实现了钙钛矿太阳能电池效率与稳定性方面的协同提升，将为推进钙钛矿太阳能技术的产业化发展提供重要支撑。
钙钛矿太阳能电池因其易于低成本印刷制备且具有高光电转换效率的优势，被视为新一代太阳能电池的典型代表，发展前景广阔。
这项研究成果以“Homogenized chlorine distribution for >27% power conversion efficiency in perovskite solar cells”为题，发表于《科学》期刊。半导体所博士后熊壮为论文第一作者，博士生张谦为共同第一作者，游经碧研究员为通讯作者。
随着这项技术突破，钙钛矿太阳能电池向商业化应用迈出了坚实一步。业界专家认为，这项研究解决了钙钛矿太阳能电池产业化道路上的关键瓶颈问题。
未来，通过进一步优化生产工艺和降低制造成本，钙钛矿太阳能电池有望在分布式能源、建筑一体化光伏等领域发挥重要作用。