——郑州大学本科生科研创新团队提出最新解决方案
郑州大学化学学院光原科技团队使用全新的材料体系制备出一款甲酰胺基钙钛矿太阳能电池，为钙钛矿太阳能电池的大面积生产和商业化应用开创了一条新途径。该本科生团队以学生为主申请的6项国家专利已初步实现了全流程的保护，未来效益可观。
日前，中共河南省委、河南省人民政府印发了《2023年河南省碳达峰实施方案》，要求建设一批高标准新能源“光伏+”基地，到2025年光伏发电并网容量需达到2000万千瓦以上。光伏领域的新一代钙钛矿太阳电池其实既非“钙”也非“钛”，而是一种新型特殊晶体结构的有机无机杂化吸光材料，其吸光能力是同面积晶硅太阳电池的10倍以上，并且没有晶硅所需的99.9999%纯度要求，降本增效潜力巨大。但是，钙钛矿太阳电池的规模化生产面临的最大难点就是稳定性差、面积扩大后能效降低严重。
图1 钙钛矿材料晶体结构与钙钛矿太阳能电池器件结构鉴于此，郑州大学化学学院光原科技团队针对上述问题精准突破，开发了一种兼具稳定性与高效率的新型甲酰胺基钙钛矿太阳能电池，在稳定性和制备面积等方面取得积极进展。
具体而言，团队成员们首先实施了高通量的理论模拟计算，确认引入甲酰胺离子作为钙钛矿体系中新的A位离子，使其更加符合容忍因子、八面体因子的衡量标准，助力高光电转换效率的实现。
图2 团队成员使用氮气氛围手套箱进行实验操作其次，该太阳能电池采用了双侧钝化的添加剂，从仿生学角度对钙钛矿与载流子传输层的埋底界面进行钝化处理，填补其深能级缺陷，器件稳定性得到大幅提升。
图3 环境条件下的稳定性测试，红色曲线为优化后产品的表现最后，添加剂工程被应用在构筑适合大面积制备的钙钛矿前驱体油墨的过程中，调控了钙钛矿薄膜的形核与结晶，得到晶粒更饱满、晶界更密实的大面积均质薄膜。
图4 发明创造的成果与所对应的专利号据负责人郑州大学化学学院2020级本科生张家浩介绍，本产品所使用的技术已申请并公开5项国家发明专利和1项实用新型专利，初步实现了专利的布局和保护。学术论文方面，在“2022年度国家级大学生创新创业训练计划”的资助下，团队成员现已发表两篇学术论文，得到业内专家的认可。
图5 申报专利的公开件与发表的两篇学术论文与同类产品相较，本产品因技术的多元化和先进性，因而具有使用寿命久、能量转换效率高、制备面积大、抗紫外效果好等独到之处。钙钛矿太阳能电池作为新一代薄膜光伏组件，在便携式能源和光伏建筑一体化领域具有广泛的适用空间。除此之外，本产品具有可柔性、可透明化加工的多样化生产方式，还适用于海洋光伏、太空光伏、军用光伏等领域。
图6 产品应用的实景拍摄图（来源：看头条网）
