鈣鈦礦太陽能電池——城大化學與材料的清潔能源前沿

模塊:04 科研 · 子文件:鈣鈦礦太陽能電池 在城大的清潔能源研究中,有一條近年密集出成果的線——鈣鈦礦(perovskite)太陽能電池。這種新型太陽能材料被視為下一代光伏的有力候選,而城大的化學與材料團隊在其「效率」與「穩定性」兩大難關上屢有突破。本篇按公開來源梳理這條研究線。城大材料學的另一旗艦(高熵合金)見 04-research/high-entropy-alloys-and-metallurgy.md。

# 一、鈣鈦礦電池為何重要

傳統硅基太陽能電池技術成熟但效率提升空間漸窄、製造能耗較高。鈣鈦礦太陽能電池則以其高光電轉換效率潛力、低成本溶液製備等優勢,被寄望為光伏的「下一代」。但它有兩大「攔路虎」:

1. 效率(efficiency):如何把光轉化為電的比例推到更高;
2. 穩定性(stability):鈣鈦礦材料易受濕、熱、光照影響而衰減,商業化的關鍵在於「能用多久」。

城大團隊的研究,正是圍繞這兩大難關展開。

# 二、代表性成果(均附公開來源)

# 2.1 二茂鐵界面策略:效率與穩定性兼得(2022)

2022 年 4 月^※,城大化學家發展出一種提升鈣鈦礦太陽能電池效率與穩定性的策略。據公開報道,城大朱姓教授(Dr Zhu Zonglong)團隊與帝國理工學院的 Long 教授合作,把二茂鐵(ferrocenes)用作光吸收層與電子傳輸層之間的界面,實現了突破——這一界面工程同時改善了電池的性能與耐久性。

# 2.2 非揮發添加劑:倒置電池效率提至約 24.8%(2023)

2023 年 5 月^※,城大團隊開發出一種多功能、非揮發性的添加劑,通過調控鈣鈦礦薄膜的生長,提升電池的效率與穩定性。據報道,基於改性鈣鈦礦的倒置(inverted)鈣鈦礦太陽能電池,光電轉換效率被提升至約 24.8%——這是一個相當高的效率水平。相關研究亦被國際光伏媒體關注,有報道提及香港研究者開發出效率達 25.6% 的倒置鈣鈦礦電池^※。

# 2.3 一步溶液塗布:為商業化掃清障礙(2023)

效率再高,若製造工藝複雜、難以量產,也難走向市場。2023 年 4 月^※,城大與美國國家可再生能源實驗室(NREL)合作,共同開發出一種「一步溶液塗布(one-step solution-coating)」方法,簡化了製造流程、降低了商業化門檻。這一成果把研究焦點從「實驗室效率」推向「如何讓鈣鈦礦電池真正能被規模化製造」——這正是從論文到產品的關鍵一躍。

# 三、這條研究線的特點

把上述成果串起來,可見城大鈣鈦礦研究的幾個特點:

1. 「效率 + 穩定性 + 可製造性」全鏈條。從界面工程(2.1)、薄膜調控(2.2)到製造工藝(2.3),城大的研究覆蓋了鈣鈦礦電池走向應用的完整鏈條,而非只追求實驗室裏的高效率數字。
2. 化學與材料的交叉。這條線橫跨化學系與材料科學——鈣鈦礦研究本質上是「化學合成 + 材料工程 + 器件物理」的交叉,正契合城大材料學的集羣優勢。
3. 國際合作密集。與帝國理工、美國 NREL 等頂尖機構合作,呼應城大「全球最國際化大學」的國際合著優勢(見 09-international/most-international-university.md)。
4. 對接清潔能源大勢。鈣鈦礦光伏直接服務於「能源轉型 / 淨零碳」議程,與城大能源及環境學院(見 01-academics/school-of-energy-and-environment.md)、淨零碳校園(見 05-campus/sustainability-and-net-zero.md)形成「基礎研究—學院—校園實踐」的呼應。

口徑提醒:鈣鈦礦太陽能電池的效率紀錄在全球範圍內被頻繁刷新,「約 24.8% / 25.6%」均為特定研究、特定時點的報道值,且實驗室效率與量產效率有差距。引用具體效率數字時,務必回到所附原始來源核對其測試條件與時點。

# 四、小結

• 城大在鈣鈦礦太陽能電池領域圍繞效率與穩定性兩大難關持續突破:二茂鐵界面策略(2022)^※、非揮發添加劑將倒置電池效率提至約 24.8%(2023)^※、與美國 NREL 合作的一步溶液塗布法(2023)^※。
• 這條研究線覆蓋「效率 + 穩定性 + 可製造性」全鏈條,體現化學與材料的交叉、密集的國際合作,並對接清潔能源大勢。
• 效率數字為特定研究、特定時點的報道值,引用須核對測試條件。