据报道，新加坡南洋理工大学（NTU）的科学家团队成功研发出一种超薄半透明钙钛矿太阳能电池。这种电池厚度仅为一根头发丝直径的万分之一，约是传统钙钛矿太阳能电池的1/50，但其光电转换效率仍处于同类超薄器件的领先水平。相关研究成果已发表于《ACS Energy Letters》。
该研究由南洋理工大学物理与数学科学学院及材料科学与工程学院的Annalisa Bruno副教授领导。她指出，建筑环境约占全球能源消耗的40%，因此将建筑物表面转化为发电资产的技术需求日益迫切。钙钛矿太阳能电池可在较低温度下通过简单工艺制造，并可调节以吸收特定波长的光，同时保持透明，适合大面积规模化应用，从而降低碳足迹。
与传统硅基太阳能电池不同，这种钙钛矿器件即使在间接阳光和漫射光条件下也能发电，特别适合城市环境。垂直建筑表面和频繁的云层覆盖通常会限制直射阳光的获取，而该技术若能实现规模化，大型玻璃幕墙可转变为太阳能发电的活性表面。初步估算显示，在新加坡Raffles Place或Marina Bay区域的主要玻璃幕墙办公楼部署该技术，理论上每年可发电数百兆瓦时，相当于100套四房式组屋（HDB）的年用电量。
研究人员采用了与工业兼容的热蒸发法制造这种电池。该工艺在真空腔室中加热源材料直至蒸发，蒸气随后沉积在表面形成薄膜。这种方法可在大面积上沉积非常薄且均匀的钙钛矿层，同时避免使用有毒溶剂，减少电池缺陷并提高光电转换能力。这是首次完全使用真空工艺制造超薄钙钛矿太阳能电池，为未来大规模工业化生产提供了可能。
通过该技术，研究人员制备了厚度低至10纳米的超薄钙钛矿吸收层，同时保留了可用的太阳能电池性能。实验结果显示，厚度为10、30和60纳米的钙钛矿层分别实现了约7%、11%和12%的光电转换效率。一款60纳米厚的半透明钙钛矿层电池允许约41%的可见光透过，同时实现了7.6%的光电转换效率，这是目前同类半透明钙钛矿太阳能电池中的领先数据之一。
论文第一作者、曾为NTU能源研究所博士后的Luke White博士表示，通过精确控制热蒸发，他们能够调节太阳能电池的透明度，为可持续建筑（如可发电的有色窗户）开辟了新可能。英国剑桥大学化学工程与生物技术系能源材料与光电子学教授Sam Stranks评论称，该方法对薄膜厚度和均匀性提供了高水平控制，这对半透明太阳能电池迈向大面积应用至关重要。
据官方介绍，Bruno副教授是钙钛矿太阳能电池领域的先驱，其早期关于热蒸发钙钛矿太阳能电池的工作已被规模化。目前，研究人员正与多家公司洽谈，以验证和标准化热蒸发工艺，并将在商业部署前继续提高钙钛矿太阳能电池的长期稳定性、耐久性和大面积性能。
论文地址：https://doi.org/10.1021/acsenergylett.5c04261
