转自：中国科学报
近日，我国光伏企业“光因科技”（SolaEon）宣布，其1027.1平方厘米大尺寸钙钛矿太阳能电池组件，以19.2%的稳态效率创造新的纪录，并被收录于国际权威的太阳能电池效率纪录榜单《太阳能电池效率纪录表》（第64版）中，标志着中国企业在该领域的又一次重大突破。
来源：WILEY官网
此前，美国能源部旗下的国家可再生能源实验室（NREL），把该组件的稳态效率收录进了《太阳能电池最高研究效率图》。
《太阳能电池效率纪录表》和《太阳电池最高研究效率图》是目前全球光伏行业最权威的唯二电池效率排名表。上述成绩意味着光因科技实现了钙钛矿电池组件效率世界纪录的“双料冠军”，同时也是目前两个榜单所有纪录中首个突破1000平方厘米级的大尺寸钙钛矿单结太阳能电池组件。
在这背后，是科学家、企业家和工程师组成的团队携手实现科研成果转化的努力。
破纪录背后
在全球积极发展清洁能源和可再生能源的背景下，太阳能光伏行业经历着飞速的变革。从第一代的晶硅、第二代的化合物半导体，到以钙钛矿为代表的第三代，太阳能光伏电池向着更稳定、更高效、更环保的方向发展。
近年来，晶硅电池的效率提升空间逐渐逼近物理极限，加之其较高的生产成本，开发大面积、高效率、高稳定性钙钛矿太阳能电池组件，逐渐成为国际学术界和产业界共同关注的前沿热点。
其中，效率是光伏太阳能电池最为重要的参数之一。简单地说，效率就是太阳能电池输出的电能除以接收到的光能，关系着电池将光能转换为电能的能力。此外，转换效率直接影响了光伏发电的成本，每提升1%，发电成本可降低3-5%。
《太阳能电池效率纪录表》由“太阳能之父”、澳大利亚新南威尔士大学教授马丁·格林领导的国际研究小组，定期更新并发布在Progress in Photovoltaics上。联合小组成员包括来自于欧盟委员会联合研究中心、德国弗劳恩霍夫太阳能系统研究所和太阳能研究所、日本国家先进工业科学技术研究所、美国能源部和NREL的科学家。
自1993年首次发布以来，《太阳能电池效率纪录表》已成为全球太阳能电池效率研究的重要参考标准和评价的“黄金标准”，被广泛引用于学术研究、行业报告和政策制定中。
今年4月22日，NREL将光因科技的钙钛矿组件稳态效率收录进了《太阳能电池最高研究效率图》，意味着该电池组件在总计超过10分钟的测试时间内输出功率的相对浮动小于1%，在长时间连续运行中保持稳定状态。
NREL是《太阳能电池效率记录表》指定的9家权威单位之一。“正是在NREL认证的基础上，我们才有机会进一步被收录进《太阳能电池效率纪录表》。”杨旭东表示。
登上《太阳能电池效率记录表》的电池，需要综合满足创新性、高效率、经独立验证等多个条件，代表了特定时间范围内该领域的最新进展。当然，进入这个排名表也不意味着一劳永逸。收录在表中的数据呈现动态增长的过程，每当有经权威机构认证的、可靠的新记录出现，就会覆盖原有的数据。
记录表上数据的不断更新，正展现了过去十多年间钙钛矿电池领域的飞速历程。在2009年第一篇论文中，钙钛矿电池的实验室效率仅3.8%，如今已经逼近甚至超过了晶硅电池的理论极限效率（29.4%）。迅速增长的数字背后，是全球科学家的共同努力。
然而，钙钛矿电池中的缺陷产生与扩散问题，依然是制约该领域发展的重大挑战。在这个竞争异常激烈的赛道上，谁能更好地解决钙钛矿电池中的缺陷产生与扩散问题，谁就能率先突破领域瓶颈，取得更好的发展。
针对这个问题，光因科技融合掌握了由杨旭东实验室开发的大面积钙钛矿薄膜离子耦合技术、电荷传输层离子电荷协同输运技术，为提升材料的整体性能和光电转换效率奠定了技术基础。进一步地，团队搭建了面向产业的工艺生产线，并解决了批量化生产的系列问题，使钙钛矿组件稳态效率稳步提升。
期间，他们经历了成千上万次实验的失败，做坏了成百上千块钙钛矿电池组件。“我们不问资历、不分部门，一起全力解决这些问题。”
工程师制备高品质钙钛矿薄膜。图片由受访者提供
科学问题与产业问题合二为一
钙钛矿电池具备质量轻、厚度薄、柔性大、半透明、弱光效应好以及颜色可定制等特性，可广泛应用于光伏车顶、柔性光伏、穿戴光伏等新型场景。
杨旭东早在十年前就开始从事钙钛矿太阳能电池的研究，在钙钛矿结晶调控、界面结构稳定性、电荷传输稳定性等方向上取得了系列成果，在实验室条件下实现了钙钛矿电池材料稳定性和转换效率的显著提升。
做出了有应用前景的成果，杨旭东自然而然地开始考虑产业化的问题。
“在2020年之前，很多传统晶硅厂商对钙钛矿电池的发展前景并不看好，可能觉得只是在‘炒概念’。”杨旭东解释，“尽管有一些企业和投资者也来和我交流过合作的事项，但并没有表现出非常强烈的信心和决心去真正推动钙钛矿电池的产业化。”
与此同时，前转转集团（二手闲置交易平台）总裁温言杰在为电费发愁。他给住在老家的父母买了一整套高端电器，家人却因为“太费电”而不舍得使用。
要不在自建房的屋顶上装套光伏板？但市场上完全没有适合民用的太阳能光伏产品。就这样，温言杰抱着“省电费”的初衷，决定“转战”光伏行业，他同样苦于找不到合适的合作伙伴。
2022年9月，杨旭东团队的论文在Science上线，报道了钙钛矿太阳能电池中空穴传输的稳定化策略和内在机理。不久后，温言杰和另一位团队创始人与杨旭东交流合作的可能性，三人一见如故，成立了光因科技。
光因科技成立后的一年半时间里，在4项核心技术指标上保持着世界第一：代表基础科研水平的1平方厘米钙钛矿单节电池效率、代表产业化技术水平的1200平方厘米钙钛矿组件稳态效率、代表产业化工程工艺水平的1200平方厘米钙钛矿组件IV测试效率及代表光伏行业终极解决方案的全钙钛矿叠层太阳能电池效率。此次被《太阳能电池效率表》收录，是公司向产业化迈进的又一大突破。
“在钙钛矿太阳能电池领域，当下需要解决的前沿科学基础问题和制约产业化的工程工艺瓶颈问题，是二合一的。”杨旭东说，“基础研究是产业发展的核心，而推进应用过程中工程工艺问题的突破，进而反馈促进基础研究的进展。”
目前，光因科技正在通过小试线继续深耕材料生长的配方和工艺制备，攻克技术难点，以期不断刷新转化效率并提高稳定性。同时，团队也在积极推进150兆瓦产线的搭建，组件面积按计划将扩大至平米级，转化效率预计21.5%以上。
“钙钛矿太阳能电池何时能够真正进入产业化阶段，目前仍是未知数。”但杨旭东充满信心，“我们希望进一步推动产学研融合，把更多的实验室成果转化为实际应用的产品。”
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