钙钛矿太阳能电池——城大化学与材料的清洁能源前沿

模块:04 科研 · 子文件:钙钛矿太阳能电池 在城大的清洁能源研究中,有一条近年密集出成果的线——钙钛矿(perovskite)太阳能电池。这种新型太阳能材料被视为下一代光伏的有力候选,而城大的化学与材料团队在其「效率」与「稳定性」两大难关上屡有突破。本篇按公开来源梳理这条研究线。城大材料学的另一旗舰(高熵合金)见 04-research/high-entropy-alloys-and-metallurgy.md。

# 一、钙钛矿电池为何重要

传统硅基太阳能电池技术成熟但效率提升空间渐窄、制造能耗较高。钙钛矿太阳能电池则以其高光电转换效率潜力、低成本溶液制备等优势,被寄望为光伏的「下一代」。但它有两大「拦路虎」:

1. 效率(efficiency):如何把光转化为电的比例推到更高;
2. 稳定性(stability):钙钛矿材料易受湿、热、光照影响而衰减,商业化的关键在于「能用多久」。

城大团队的研究,正是围绕这两大难关展开。

# 二、代表性成果(均附公开来源)

# 2.1 二茂铁界面策略:效率与稳定性兼得(2022)

2022 年 4 月^※,城大化学家发展出一种提升钙钛矿太阳能电池效率与稳定性的策略。据公开报道,城大朱姓教授(Dr Zhu Zonglong)团队与帝国理工学院的 Long 教授合作,把二茂铁(ferrocenes)用作光吸收层与电子传输层之间的界面,实现了突破——这一界面工程同时改善了电池的性能与耐久性。

# 2.2 非挥发添加剂:倒置电池效率提至约 24.8%(2023)

2023 年 5 月^※,城大团队开发出一种多功能、非挥发性的添加剂,通过调控钙钛矿薄膜的生长,提升电池的效率与稳定性。据报道,基于改性钙钛矿的倒置(inverted)钙钛矿太阳能电池,光电转换效率被提升至约 24.8%——这是一个相当高的效率水平。相关研究亦被国际光伏媒体关注,有报道提及香港研究者开发出效率达 25.6% 的倒置钙钛矿电池^※。

# 2.3 一步溶液涂布:为商业化扫清障碍(2023)

效率再高,若制造工艺复杂、难以量产,也难走向市场。2023 年 4 月^※,城大与美国国家可再生能源实验室(NREL)合作,共同开发出一种「一步溶液涂布(one-step solution-coating)」方法,简化了制造流程、降低了商业化门槛。这一成果把研究焦点从「实验室效率」推向「如何让钙钛矿电池真正能被规模化制造」——这正是从论文到产品的关键一跃。

# 三、这条研究线的特点

把上述成果串起来,可见城大钙钛矿研究的几个特点:

1. 「效率 + 稳定性 + 可制造性」全链条。从界面工程(2.1)、薄膜调控(2.2)到制造工艺(2.3),城大的研究覆盖了钙钛矿电池走向应用的完整链条,而非只追求实验室里的高效率数字。
2. 化学与材料的交叉。这条线横跨化学系与材料科学——钙钛矿研究本质上是「化学合成 + 材料工程 + 器件物理」的交叉,正契合城大材料学的集群优势。
3. 国际合作密集。与帝国理工、美国 NREL 等顶尖机构合作,呼应城大「全球最国际化大学」的国际合著优势(见 09-international/most-international-university.md)。
4. 对接清洁能源大势。钙钛矿光伏直接服务于「能源转型 / 净零碳」议程,与城大能源及环境学院(见 01-academics/school-of-energy-and-environment.md)、净零碳校园(见 05-campus/sustainability-and-net-zero.md)形成「基础研究—学院—校园实践」的呼应。

口径提醒:钙钛矿太阳能电池的效率纪录在全球范围内被频繁刷新,「约 24.8% / 25.6%」均为特定研究、特定时点的报道值,且实验室效率与量产效率有差距。引用具体效率数字时,务必回到所附原始来源核对其测试条件与时点。

# 四、小结

• 城大在钙钛矿太阳能电池领域围绕效率与稳定性两大难关持续突破:二茂铁界面策略(2022)^※、非挥发添加剂将倒置电池效率提至约 24.8%(2023)^※、与美国 NREL 合作的一步溶液涂布法(2023)^※。
• 这条研究线覆盖「效率 + 稳定性 + 可制造性」全链条,体现化学与材料的交叉、密集的国际合作,并对接清洁能源大势。
• 效率数字为特定研究、特定时点的报道值,引用须核对测试条件。