Nature刊發南開團隊重磅成果　正式結構鈣鈦礦太陽能電池穩態效率首破27%

（香港文匯網記者 張聰 天津報道）記者從南開大學獲悉，日前，國際頂尖學術期刊《自然》（Nature）在線發表了南開大學化學學院袁明鑒教授、姜源植特聘研究員團隊，聯合北京理工大學徐健研究員團隊的最新研究成果。研究團隊首次揭開制約正式結構鈣鈦礦太陽能電池效率的關鍵物理「黑箱」，研發的光伏器件經國際權威機構認證，獲得27.17%的穩態光電轉換效率及27.50%的反向掃描效率，創造了正式結構鈣鈦礦光伏器件的最高光電轉換效率紀錄。

兼具高效率與可規模化製備潛力的鈣鈦礦太陽能電池，是最具潛力的下一代光伏技術之一。當前高效率器件普遍依賴具有微納紋理的基底增強光捕獲能力，但複雜界面同時引入顯著的非輻射複合損失，成為制約正式結構器件性能提升的關鍵瓶頸。儘管反式結構器件已通過界面工程取得顯著進展，正式結構器件的光電轉換效率仍長期停滯在約26%，其深層物理機制此前尚不清晰。

面對這一行業難題，袁明鑒教授課題組從器件物理與載流子動力學出發，首次揭示在紋理基底上，氧化錫（SnO₂）電子傳輸層與鈣鈦礦埋底界面處，存在能帶失配與電子累積的協同作用，正是非輻射複合損失加劇、器件性能長期受困的核心物理根源。

研究團隊進一步深挖化學浴沉積製備SnO₂的生長機制，闡明該過程實為配體封端納米顆粒在基底上的準逐層組裝，由此建立了配體化學、氧空位含量與薄膜能帶結構之間的構效關係。在此基礎上，團隊發展出配體競爭性結合調控策略，首次提出並構築了n⁺/n連續梯度摻雜的SnO₂電子傳輸層——從與鈣鈦礦接觸的界面一側起，SnO₂的摻雜濃度由輕摻雜的n區平滑過渡到重摻雜的n⁺區，同步解決了能帶失配與界面電子累積的雙重挑戰，將非輻射複合損失降至極低水平。

搭載這一全新電子傳輸層的鈣鈦礦太陽能電池，不僅刷新了光電轉換效率紀錄，其開路電壓損失更是低至僅295毫伏，充分證明非輻射複合得到了根本性抑制。該研究從機理層面系統掃清了長期籠罩正式結構器件的「性能迷霧」，也為金屬氧化物電子傳輸層的理性設計開闢了一條普適而有效的新路徑，有望為高穩定性、可規模化生產的鈣鈦礦光伏組件提供技術支撐。