一群对化学化工有深厚兴趣和独到见解的学生

组成的“青立光伏”团队

已经连续两次

打破钙钛矿太阳能电池效率的世界纪录

致力于西部地区发展一条钙钛矿光伏产业线

为推进中国的绿色能源革命积极贡献力量

“在任何情况下，都应该使我们的推理受到实验的检验，除了通过实验和观察的自然道路去寻求真理之外，别无他途。”法国著名化学家拉瓦锡的名言影响着一代又一代的化学人。在兰州大学化学化工学院有这样一个团队，他们5年来日复一日地在实验研究中探寻真理。

01 起步：奋楫先行，笃行不怠

这个团队名为“青立光伏”，由一群对化学化工有深厚兴趣和独到见解的学生组成，包括三名硕士生和三名博士生。团队致力于将科研成果落到实际应用中，因此进行了大量的实验和实践。

“青立光伏”团队主要从事高效清洁可回收的钙钛矿太阳能电池模组的研发。在占据市场主体的三种电池中，晶硅电池效率接近理论极限难以继续发展和创新，砷化镓等薄膜电池含有稀有元素，成本很难下降。相比来看，钙钛矿太阳能电池成本低、工艺简单，2009年到现在光电转化效率从3.8%上升到了26.1%，接近晶硅电池，优势明显，未来市场广阔。

团队成立之初便选择了钙钛矿太阳能电池为研究对象，并于去年正式启动钙钛矿太阳能电池模组攻关项目。谈到项目灵感时，来自兰州大学化学与化工学院队长王然告诉记者：“我们处在西北地区，太阳能资源丰富，加上政策的响应，拥有地域和政策双重优势。”

团队致力于改善钙钛矿太阳能电池目前产业化过程中的主要行业痛点，并在西部地区发展一条钙钛矿光伏产业线。“我们通过分析当前的光伏市场，结合项目预测，预计到2026年市场总额将达987亿，市场规模巨大。”王然介绍道。

自2018年以来，在J.Am.Chem.Soc.、Angew.Chem.Int.Ed.、Adv.Mater.、CCSEChem.等化学或材料类顶级期刊中，团队发表了论文30余篇，项目所依赖的技术与内容已经得到了前沿研究领域的高度认可。六年的磨砺，一朝的绽放。团队已经连续两次打破钙钛矿太阳能电池效率的世界纪录，为推进中国的绿色能源革命积极贡献力量。

“青立光伏”团队成员正在进行实验

02 求索：攻克时间，打磨结果

实验结果十分依赖实验条件和变量的打磨。数次变量的调试、百余次重复进行的实验、上千页日夜堆叠的草稿纸，便是团队日日夜夜爬梳穿行的实验宇宙。当投入在实验上的精力达到饱和，接下来便是攻克“时间”。

团队在合成出一种新型的分子将其进行掺杂时，由于变量太多，进行了多次尝试。但做了2个月后仍然失败了。“这是实验期间最难熬的时光。”王然说道：“我觉得肯定没办法做出来了，打算放弃。整个人很沮丧，也没什么做下去的头绪和想法。”

指导老师曹靖及时发现了王然的思想变化，主动询问实验相关情况，在安抚王然和其他团队成员的同时，为实验提供了新的思路，第二天早早到实验室对项目进行指导。“我们当时用的实验设备很旧了，曹老师从自己的科研经费中拿了几万给我们更换仪器。”

在团队成员看来，曹靖的指导和支持是他们这个项目成功的关键。最终在曹靖老师的悉心教导及团队成员的不懈努力下，2个月多后终于得出实验结果，钙钛矿太阳能电池效率得到了有效改善。

2023年10月29日，“青立光伏”团队来到哈尔滨参加第二届中国研究生“双碳”创新与创意大赛。作为队长兼答辩人王然突然身体不适，由于室内室外温差太大，王然对东北的冬天不太适应，在候场过程中，王然的状态和心态均没有达到她认为的最佳状态。“这算得上我比较遗憾的一件事，如果没感冒，比赛名次会更好一些。”王然说道。

但“青立光伏”团队最终过五关，斩六将，在来自90所高校的241支队伍闯入决赛，整个项目最终凭借实现了钙钛矿太阳能电池17.48%的光电转化效率和全器件回收，在第二届中国研究生“双碳”创新与创意大赛中荣获全国一等奖的好成绩。

“青立光伏”团队荣获第二届中国研究生“双碳”创新与创意大赛全国一等奖

项目的核心难点在于克服产业化过程中钙钛矿材料的稳定性问题以及器件效率衰减现象。针对这一关键问题，“我们从分子层面上研究了钙钛矿太阳能电池各个层面存在的轻重不同的问题，通过重复实验，钝化电池缺陷，实现电荷的有效提取与传输，从而提高电池效率。”王然介绍。

在该过程中团队也首次将分子内建电场和晶格电场的概念引入钙钛矿太阳能电池领域，这一理论上的创新为钙钛矿太阳能电池提供了新的了解途径，丰富了该领域的理论层面解释。“基于以上技术，我们制备的1个平方厘米的器件效率达22.1%，218.38cm2的大面积器件模组，效率达17.48%。”王然说。

值得一提的是，通过户外测试3年，目前该电池的综合水平仍保持在90%以上，预计寿命5-6年。并且当电池器件达到使用寿命极限，发生降解时，掺入其中的分子能够吸附降解产生的碘单质和铅离子，将其封闭于器件内部。“一方面减少对环境的污染，另一方面也便于后续的回收再利用。”团队成员买嗣备补充到。

团队还开发出了完整的钙钛矿太阳能电池全器件回收工艺。在化学反应方面，钙钛矿太阳能电池涵盖化学反应相对于原始的多晶硅电池较少。在钙钛矿太阳能电池的四层功能层当中，导电玻璃需要用到真空条件，且在化学反应中的真空溅射技术较为成熟，缓冲层和活性层均可通过液相法制备，温度最高不超过200°C，能耗远远低于晶硅电池。在原料使用方面，钙钛矿太阳能使用相对较环保的原料，不易对环境产生污染。由此，团队产生了一条钙钛矿太阳能回收线路，使得使用过程中以及使用完成后对于环境的污染可以忽略不计，增加了环境效益。这在钙钛矿太阳能电池领域尚属首例。

“青立光伏”团队成员正在进行实验

03 登顶：奔赴光亮，稳步前行

艰难摸索的低谷期让团队逐渐明晰自己的内驱力，优异的成绩也让他们更加坚定了站在科研前沿不断创新的决心。谈及下一阶段团队的目标，王然充满信心地说道：“根据技术理论，我们已经可以做出一些电池的成品，通过和相关投资机构达成协议，希望能得到一些经济支持，加快下一阶段项目地产业化进程。”

“青立光伏”团队已有成熟的实验室与车间。在这个实验室中，团队目前研发的钙钛矿太阳能电池寿命是5年，小面积电池效率23.7%，大面积电池效率22.1%。“我们希望更进一步逐步缩小与传统晶硅电池寿命25年的距离。现在器件效率两次领先国际水平，钙钛矿太阳能电池效率和大面积器件分别为22.1%和17.48%，这一突破记录继续占据属于本团队的行业制高点。”

清洁能源领域，钙钛矿太阳能电池的光明前景正在被越来越多的研究者认可。“青立光伏”团队成功解决了钙钛矿太阳能电池在产业化过程中遇到的关键技术难题，不仅提升了电池性能，还为太阳能电池的回收利用锻造了一条新路径。

项目不仅在技术上展现出卓越，其社会、经济、环境效益也同样不容小觑。团队预计，课题组的技术一旦落地，将能够更加有效利用西部地区丰富的太阳能资源；此外，还可以为西部地区提供就业机会。目前，团队和某单位签订了意向书，通过学科前沿在不同方面的深入及交叉为西部引入东部新鲜血液，能直接提供40个高质量岗位就业，上下游联系间接带动300人就业。

同时在环境层面上，使用钙钛矿太阳能电池可以发展出一条完备的钙钛矿太阳能电回收路线，减少污染物排放和实现资源再生利用，更利于环境保护，是真正的绿色能源项目，大大增加环境效益。

团队正按照既定的进度推进项目，期待能够在不久的将来实现突破，并推动传统晶硅电池向钙钛矿太阳能电池的产业发展转型。从初入团队第一次向导师提出钙钛矿太阳能电池的想法，那一束名为热爱的光亮既带他们走出了山重水复的迷宫，又指引他们奔赴柳暗花明的远方。

内容来源｜兰州大学党委宣传部（融媒体中心）、《兰州大学报》第1086期

记者丨杨政 骆佳佳

编辑｜温彩霞

责任编辑｜彭倩