目前，水电、风能、太阳能等可再生能源已成为我国能源结构中重要的组成部分。其中太阳能是最清洁、最廉价的能源形式之一，潜力巨大，因此如何将其转换为更易于使用的电能成为了当前光伏领域的研究热点。其中新概念太阳能电池——钙钛矿太阳能电池的异军突起，也受到了广泛关注。

钙钛矿一般为立方体或八面体形状，具有光泽，浅色到棕色，是一种具有特殊晶体结构的半导体，非常适合用于太阳能电池技术。它由染料敏化电池演化而来，以它命名的钙钛矿太阳能电池，利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料，具有易制备、重量轻、以及可制备成柔性器件等优点，在便携式能源、建筑光伏一体化、室内光伏等领域具有重要应用前景。

作为新一代太阳能电池，钙钛矿电池工作原理与传统太阳能电池非常相似，它的典型结构有5层。两个电极分别位于最外层，挨着电极的是空穴传输层和电子传输层，而钙钛矿层则居于最中间。当太阳光照在钙钛矿电池上，太阳光光子能量大于钙钛矿材料的带隙时，钙钛矿层吸收光子产生“电子——空穴对”。电子传输层将分离出来的电子传输到负极上；空穴传输层则将与电子分离的空穴传输到正极上，进一步在外电路形成电荷定向移动，从而产生电流，实现光能向电能的转换。

（钙钛矿太阳能电池的构造与运行机理示意图。图源：科普中国）

而如何在钙钛矿太阳能电池上进行突破成为目前科学家研究的重点方向。

近期，福建农林大学材料工程学院绿色光电器件与储能电池团队青年教师林智超与西安交通大学梁超、河南大学李萌等团队合作，将内嵌金属富勒烯与聚合物相结合，在破解钙钛矿太阳能电池能量转换效率和稳定性难题上取得重要成果，相关论文已发表在国际期刊《自然》上。

（图源：《自然》杂志）

林智超介绍，目前，人们使用防水聚合物作为钙钛矿太阳能电池封装界面层，以阻挡水和氧气对钙钛矿层的侵蚀，抑制离子扩散，提高其长期工作稳定性。然而，当聚合物层过厚时，会存在电子屏蔽效应，导致钙钛矿太阳能电池性能的损失，难以同时兼顾工作稳定和高效。

富勒烯作为一种碳的同素异形体，具有高效电子传导特性。1991年发现钾元素内嵌的富勒烯C60在-255°C时表现出超导行为，这是迄今为止最高的分子超导温度。鉴于此，将内嵌金属富勒烯与聚合物相结合，有望实现高效电子传输和高稳定性的双重突破。

“该研究相当于给钙钛矿太阳能电池穿上了一件名为‘富勒烯—聚合物偶联层’的‘超级铠甲’，在它里面织着足球状的‘富勒烯’这一神奇材料，从而实现电子的高效传导。”林智超说，同时，他们还在富勒烯材料里内嵌了磁性Nd原子（金属钕），就像加了个“电动小马达”，让电子传输得更快更稳。

实验数据显示，穿上这件“超级铠甲”的钙钛矿太阳能电池，能量转换效率高达26.78%，相较于此前的报道有着显著提升，十分接近目前商业化硅太阳能电池的最高效率27.81%，然而生产成本却仅为硅太阳能电池的一半左右，显示了这一绿色新能源技术的巨大商业化应用前景。

新闻来源：科技日报

记    者：叶家余

编    辑：卢婷婷

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