科技日報(bào)記者 劉霞

新加坡國立大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)研制出一款新型鈣鈦礦有機(jī)串聯(lián)太陽能電池，經(jīng)權(quán)威認(rèn)證，其1平方厘米有效面積內(nèi)的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到26.4%，創(chuàng)下同類設(shè)備的世界紀(jì)錄。研究成果發(fā)表于最新一期《自然》雜志。

研究團(tuán)隊(duì)表示，新研制出的串聯(lián)電池兼具輕薄、柔韌等特性，未來可直接集成于無人機(jī)、智能織物、可穿戴設(shè)備等人工智能裝備，為其提供清潔能源。

這項(xiàng)突破的核心在于，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新研發(fā)的窄帶隙有機(jī)吸收器。該裝置猶如一個(gè)精密的“光子捕手”，能高效捕獲近紅外光區(qū)的光子，成功解決了長期制約薄膜串聯(lián)太陽能電池發(fā)展的技術(shù)瓶頸。

鈣鈦礦與有機(jī)半導(dǎo)體材料的帶隙可靈活調(diào)控，使串聯(lián)電池具備突破理論效率極限的潛力。然而，近紅外光區(qū)吸收效率低下一直是制約研發(fā)進(jìn)程的“絆腳石”。

面對這一挑戰(zhàn)，研究團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑，設(shè)計(jì)出具有不對稱結(jié)構(gòu)的有機(jī)受體。這種創(chuàng)新結(jié)構(gòu)不僅將吸光范圍拓展至深近紅外區(qū)域，還能維持足夠的電荷分離驅(qū)動(dòng)力，并形成規(guī)則有序的分子排列。借助超快光譜技術(shù)和器件物理分析，研究團(tuán)隊(duì)證實(shí)該設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了高效電荷收集，同時(shí)將能量損耗降至最低。

在具體實(shí)施中，研究團(tuán)隊(duì)先將這種高性能有機(jī)子電池與頂層的鈣鈦礦電池疊加，再通過透明導(dǎo)電氧化物互連層將二者有機(jī)結(jié)合。測試數(shù)據(jù)令人振奮：0.05平方厘米的微型樣品轉(zhuǎn)換效率達(dá)27.5%，1平方厘米標(biāo)準(zhǔn)器件效率為26.7%，其中26.4%的效率值已獲獨(dú)立認(rèn)證。這一成果不僅刷新了鈣鈦礦有機(jī)電池的紀(jì)錄，其性能甚至超越同尺寸的鈣鈦礦CIGS電池和單結(jié)鈣鈦礦電池。