南京大學肖科、譚海仁團隊聯同仁烁光能,喺2026年8月12日在線刊於《Nature》的研究中,展示咗一項面向大面積製造嘅鈣鈦礦光伏技術成果。
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團隊以羧酸鉛表面鈍化配合大面積結晶製程,製成一塊面積達0.72平方米、尺寸為1.2米乘0.6米嘅單結鈣鈦礦組件。呢塊組件取得22.0%認證全面積功率轉換效率,喺標準測試條件下有158.4瓦穩態輸出。
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呢項成果嘅重點,唔只係效率數字,而係將鈣鈦礦由細面積實驗室電池推向接近商用組件尺寸。不過,現有資料對核心組件結果支持較充分;至於部分更廣泛嘅耐久性比較、實地發電數據,以及同其他歷史紀錄嘅比較,就未有足夠資料逐項核實。
三元溶劑加真空輔助結晶:先整理薄膜表面
研究團隊採用嘅前驅體溶劑配方包括:
- 2-甲氧基乙醇(2-methoxyethanol)
- 1,3-二氧戊環(1,3-dioxolane)
- 二甲基亞砜(DMSO)
呢套三元溶劑系統再配合真空輔助結晶,用嚟形成鈣鈦礦薄膜。南京大學提供嘅資料指,呢個過程會喺薄膜表面自然形成一層富含**碘化甲脒(FAI)**嘅「保護底層」。之後,研究人員再喺表面施加羧酸鉛作為鈍化劑。
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簡單講,兩個步驟各有分工:溶劑配方同結晶過程負責建立較合適嘅薄膜表面;羧酸鉛處理就針對表面缺陷,以及鈣鈦礦同旁邊電荷傳輸層之間嘅界面,減少可能造成電荷復合嘅問題。相關報道提到,研究中使用嘅羧酸鉛鈍化劑包括二油酸鉛,化學式為Pb(OA)₂。
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兩個面積、兩個效率數字,唔可以混為一談
團隊報告咗兩項主要結果:
- 810平方厘米孔徑面積組件:取得24.0%認證功率轉換效率。
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- 0.72平方米組件:取得22.0%認證全面積效率,組件尺寸為1.2米乘0.6米。
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0.72平方米組件喺標準測試條件下嘅穩態電力輸出為158.4瓦。
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呢度要留意「孔徑面積」同「全面積」嘅分別。24.0%係較細組件嘅孔徑面積效率;22.0%就係較大組件嘅全面積效率。兩者測量定義唔完全相同,因此唔應該當成可以直接互換嘅數字。
羧酸鉛鈍化,對大面積組件有咩作用?
鈣鈦礦薄膜入面可能存在缺陷,表面同界面亦較容易受化學環境影響。呢啲因素會令電荷復合增加,造成效率下降。喺細電池上均勻塗布鈍化材料相對容易,但要將同一套處理均勻覆蓋接近一平方米嘅薄膜,難度就高得多。
現有報道指,羧酸鉛嘅化學機制有別於傳統以銨鹽為基礎嘅鈍化方法。羧酸鉛唔係單純喺表面加一層薄薄嘅覆蓋物,而係會同鈣鈦礦表面發生反應,形成化學鍵。相關資料亦指,呢種處理有助改善界面能級配對、電荷傳輸,以及大面積組件上鈍化層嘅均勻程度。
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呢啲機制可以合理解釋點解方法有助放大製程,但現有來源摘錄未有提供同銨鹵化物鈍化劑之間完整、量化嘅直接比較;亦未有分別列出濕度、高溫、持續照光同熱循環條件下嘅完整退化數據。因此,目前最有力嘅證據係實際展示出嘅組件效率、輸出同可靠性測試結果,而唔係可以涵蓋所有環境壓力嘅全面優越性結論。
通過IEC可靠性及安全測試
據報,相關組件通過IEC 61215及IEC 61730全套測試。前者主要涉及光伏組件嘅設計鑑定同可靠性,後者就涉及組件安全要求。通過呢類標準化測試,意味住研究唔只係展示一次效率測量,亦有觸及組件長期運作同安全方面嘅要求。
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另外,有報道指組件經過2,200小時最大功率點追蹤後,仍保留初始效率嘅96%。
4呢個係有參考價值嘅耐久性指標,但現有資料未交代足夠測試細節,亦不足以將結果同一塊喺完全相同條件下測試嘅傳統矽組件作直接比較。
實地發電表現:現有資料可以講到幾多?
部分報道指,大型地面示範項目入面,鈣鈦礦組件按單位裝機容量計算嘅發電量,高過同一場址嘅晶矽組件。
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但現有證據未能支持題目所講、涉及2026年3月至5月、1兆瓦鈣鈦礦裝置對比3.5兆瓦矽組件嘅完整實地比較。資料亦未提供逐月單位容量發電量,或者量化顯示優勢點樣隨溫度同光照強度改變。
所以較穩妥嘅講法係:現有來源報告咗有利於鈣鈦礦組件嘅單位容量實地發電證據,但未有足夠底層數據,核實完整逐月比較,以及發電優勢同天氣條件之間嘅具體關係。
呢項成果喺研究時間線上代表咩?
《Nature》呢篇論文最適合理解為一項大面積組件及製程整合里程碑。佢唔可以同所有細面積電池、疊層電池,或者採用另一套組件面積定義嘅效率結果直接比較。
現有證據未能核實團隊早前17.2%效率嘅《Science》成果,亦未能確立中國科學院所報道嘅28.04%認證鈣鈦礦—有機叠層效率紀錄。呢兩項說法喺目前證據集內應視為未獲充分確認,唔應該直接納入今次組件成果嘅重要性判斷。
總結
今次清楚展示到嘅技術進展係:南京大學同仁烁光能將2-甲氧基乙醇/1,3-二氧戊環/DMSO三元溶劑系統、真空輔助結晶,同羧酸鉛表面鈍化結合,製成一塊0.72平方米、22.0%認證全面積效率、158.4瓦穩態輸出嘅鈣鈦礦組件。較細嘅810平方厘米組件效率就達到24.0%;相關組件亦據報通過IEC 61215及IEC 61730測試。
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呢項工作係米級鈣鈦礦組件其中一項值得注意嘅成果,因為佢同時處理效率放大、表面缺陷同標準化可靠性要求。不過,關於同傳統鈍化劑嘅退化比較、實地發電優勢、溫度及光照影響、早期研究紀錄,以及叠層電池基準,仍然需要完整論文或更多原始數據,先可以用同樣信心作出結論。