UNIST研究团队开发出全球最高效率太阳能电池制造技术

Published 17 Feb.2023 01:00(KST)

Updated 08 Aug.2025 09:13(KST)

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[亚洲经济岭南采编本部记者 Hwang Duyul] UNIST 能源化学工程系的特聘教授 Seok Sangil 团队开发出一种制造高效率钙钛矿太阳能电池的技术。

钙钛矿太阳能电池是将具有钙钛矿结构的晶体半导体以薄膜形式进行涂覆制成。因此，控制薄膜的结晶行为以减少内部缺陷，对实现高效率极为重要。

UNIST 研究团队发现了“控制钙钛矿光活性层半导体结晶性的新方法和原理”，并将其应用于钙钛矿太阳能电池的制造。

按照这一原理制备的太阳能电池实现了世界最高效率 26.08%，并且在美国国家可再生能源实验室（National Renewable Energy Laboratory）也被认证为世界最高效率 25.73%。

这一成果以加速预发表（AAP，Accelerated Article Preview）形式，于 2 月 16 日发表在世界最具权威性的期刊《自然》（Nature，影响因子：69.504）上。

要实现钙钛矿太阳能电池的高效率，必须将钙钛矿薄膜晶体内部的缺陷极大程度地降低。

这些缺陷也会对太阳能电池的长期稳定性产生重大影响。对薄膜生成过程的控制以及对这一过程机理的理解，是同时满足高效率和长期稳定性的关键要素技术。

根据所添加烷基铵氯化物种类不同而调控的钙钛矿薄膜结晶行为图像。

Seok Sangil 教授表示：“我们在与钙钛矿组成成分结合并发生结晶的阶段，使用了在该阶段发生去配位的烷基铵氯化物，这一最优组合正是本次研究成果的核心。”

他接着表示：“通过与烷基（Alkyl）的组合，我们可以在钙钛矿前驱体溶液的涂覆和热处理过程中，最优化地控制其与溶剂一同挥发的速度”，“借助这一组合，可以在使薄膜表面极度平坦的同时，将晶体内部缺陷降至最低，从而制备出结晶性极为优异的钙钛矿薄膜。”

本论文的共同通信作者、UNIST 半导体材料与器件研究生院教授 Shin Taejoo 表示：“本次研究通过浦项加速器研究所的 UNIST-PAL 光束线，对具有卤化物阴离子的钙钛矿结晶化过程进行实时观测，并阐明和梳理其机理，是一项极具意义的研究”，“今后也有望拓展应用于制备具有多种组分且结晶性优异的钙钛矿薄膜。”

Seok Sangil 教授强调：“通过本次研究，效率达到 26% 以上的钙钛矿太阳能电池，很快就能超越硅太阳能电池的效率”，“这也是迈向实现 27% 以上效率征程的起点。”

本次研究由 UNIST 的研究员 Park Jaewang 和 Kim Jongbeom 以第一作者身份参与。研究工作得到韩国研究财团领军研究者支持项目的资助。

钙钛矿太阳能电池薄、轻、柔性好，可通过溶液工艺以低成本制备，是新一代太阳能电池。钙钛矿作为产生电荷（电子、空穴）的光活性层材料被使用。

Seok Sangil 教授首次将钙钛矿太阳能电池效率提升至 20% 以上，并保持着世界最高认证效率纪录。

他还首次在全球发表了钙钛矿异质结 n-i-p 太阳能电池结构，目前所有效率在 25% 以上的高效率钙钛矿太阳能电池均采用这一结构。

在学术卓越性方面，他也获得认可，仅在世界最高权威期刊《自然》（Nature）和《科学》（Science）上迄今就发表了 10 篇论文。

2022 年，他因在钙钛矿太阳能电池的诞生与发展方面作出的贡献，被英国兰克基金会授予科学奖“兰克光电子学奖”（Rank Prize in Optoelectronics），并被选为共同获奖者。