鈣鈦礦—有機疊層太陽能電池就像一道精心設計的光譜篩，上層寬帶隙鈣鈦礦材料主要吸收高能光子，下層窄帶隙有機材料專攻近紅外光，二者協同能夠突破這類電池的光電轉換效率極限。“然而，含溴和碘的寬帶隙鈣鈦礦材料長期有個‘懼光’的毛病：在制備和光照時，碘離子和溴離子容易分離，形成成分不均勻的區域，導致電池性能快速衰減。”李永舫介紹。

針對這一難題，研究團隊創新提出“全階段調控”策略，設計出一種可光轉換添加劑分子。在制備成膜階段，該分子幫助溴和碘均勻混合，避免初始“分家”﹔在光照運行階段，它又會轉變成結構更穩定、錨定能力更強的新分子，牢牢護住鈣鈦礦晶界，有效阻斷離子遷移通道。

“新引入的可光轉換添加劑分子正是實現從‘懼光’到‘馭光’這一轉變的關鍵。”孟磊說。得益於這一策略，團隊將經優化的寬帶隙鈣鈦礦前電池與窄帶隙有機后電池結合，制備出鈣鈦礦—有機疊層太陽能電池。經認証，該類器件的穩態認証效率達28.04%。在持續光照運行625小時后，器件仍能保持初始效率的90%，展現出良好的工作穩定性。

李永舫表示，鈣鈦礦—有機疊層太陽能電池兼具輕量化、柔性和高比功率優勢，未來可廣泛應用於建筑光伏一體化、可穿戴設備、無人機乃至空間站和深空探測等航天領域，“將為能源結構進一步轉型和地球可持續發展提供新的科學技術路徑”。

新知前瞻

科幻場景加速照進現實

想象一下這樣的未來：穿在身上的外套可以在陽光下隨時給手機充電﹔無人機不必因電池耗盡而返航﹔建筑外牆不再是冰冷的混凝土，而是整棟樓的“發電皮膚”﹔甚至飛向深空的探測器僅靠一層薄膜，就能獲得持久的能源補給……這些看似科幻的場景，正因鈣鈦礦—有機疊層太陽能電池的突破而加速照進現實。

此前，李永舫和孟磊團隊已將同類疊層器件效率推進至26.4%，此番突破進一步打通了從實驗室走向實際應用的關卡。

與傳統光伏板必須架在支架上“晒太陽”不同，鈣鈦礦—有機疊層太陽能電池最大的魅力在於“輕”和“柔”。“它可以通過卷對卷印刷工藝像印報紙一樣快速量產，厚度僅為傳統硅電池的幾十分之一，可以彎曲、折疊甚至裁剪成任意形狀。”論文第一作者、中國科學院化學研究所博士生吳睿涵描述道。

在可穿戴設備領域，這種電池可以集成到衣物、背包、帳篷中，讓戶外運動和野外作業徹底告別“充電焦慮”﹔在建筑光伏一體化領域，它可以附著在玻璃幕牆、弧形屋頂甚至窗帘上，讓整座城市變成一座垂直太陽能農場﹔在無人機等飛行器領域，輕薄的電池薄膜幾乎不增加載荷，卻能成倍延長巡航時間。孟磊展望說：“未來高空長航時無人機，可能就是靠這層‘皮膚’實現數月甚至更久的駐空。”

更令人期待的是太空應用。由於鈣鈦礦—有機疊層太陽能電池具有極高的比功率——單位重量能輸出的功率遠超傳統太陽能電池，這對每克重量都要精打細算的航天器來說意義非凡。“發射成本是以克計價的，越輕意味著飛得越遠。”李永舫表示，這類電池有望在空間站、衛星乃至深空探測中發揮獨特作用，為人類邁向更遠太空提供更加輕便高效的能源方案。