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南京工業(yè)大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)在鈣鈦礦光伏器件制備上取得的突破性進(jìn)展。該?？蒲袌F(tuán)隊(duì)采用全真空“熱蒸發(fā)”技術(shù)，制備出小面積（0.066平方厘米）器件光電轉(zhuǎn)換效率高達(dá)25.19%，已逼近當(dāng)前主流技術(shù)26%的頂尖水平，且該器件在持續(xù)工作超過(guò)1000小時(shí)后，性能依然保持在95%以上。同時(shí)，此方法制備的大面積電池（1平方厘米）效率也達(dá)到23.38%，展現(xiàn)出巨大的產(chǎn)業(yè)化潛力。相關(guān)論文10月21日發(fā)表于《自然-光子學(xué)》。

目前實(shí)驗(yàn)室里最常用的光電轉(zhuǎn)化制備方法是溶液法，如旋涂、涂布等。在溶液制備過(guò)程中會(huì)使用到二甲基亞砜等有毒溶劑，不利于健康和環(huán)境保護(hù)，也阻礙了大規(guī)模生產(chǎn)?！?/p>

該研究采用的“全真空熱蒸發(fā)”技術(shù)，則像在真空罐里“蒸鍍”薄膜。它將原材料加熱，使其以分子或原子的形式“飛”到基板上，均勻凝結(jié)成膜。這種方法全程無(wú)溶劑，工藝控制精準(zhǔn)，膜層均勻致密，被認(rèn)為是將高性能鈣鈦礦光伏器件從實(shí)驗(yàn)室推向生產(chǎn)線(xiàn)的“理想候選人”。

然而，此前“熱蒸發(fā)”法制備的電池效率一直徘徊在20%左右，是個(gè)難以逾越的瓶頸。為此，團(tuán)隊(duì)匠心獨(dú)運(yùn)地提出了一種“反向逐層”沉積策略。

論文通訊作者郭慶勛副教授表示，傳統(tǒng)做法可能是先鋪金屬鹵化物“磚塊”，再澆甲脒氫碘酸鹽“水泥”；而該研究的新方法則是反其道而行之，先沉積“水泥”，再沉積“磚塊”。這種巧妙的順序，結(jié)合一種自組裝分子的“粘合劑”作用，在后續(xù)退火時(shí)能極大地促進(jìn)固態(tài)原料之間的相互反應(yīng)和擴(kuò)散，最終“生長(zhǎng)”出高質(zhì)量、結(jié)構(gòu)完美的鈣鈦礦晶體薄膜。團(tuán)隊(duì)不僅攻克了效率瓶頸，將小面積電池效率提升至25.19%，更實(shí)現(xiàn)了優(yōu)異的工作穩(wěn)定性，為產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用掃除了一大障礙。

該研究刷新了全真空熱蒸發(fā)技術(shù)的世界紀(jì)錄，并通過(guò)深入的理論研究，為未來(lái)進(jìn)一步優(yōu)化工藝，提升器件性能，規(guī)模化制造更大面積高效、穩(wěn)定、環(huán)境友好的鈣鈦礦光伏器件提供科學(xué)基礎(chǔ)。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41566-025-01768-0

2025年10月28日《科學(xué)網(wǎng)》：https://news.sciencenet.cn/htmlnews/2025/10/554051.shtm