易受到光照影响的电池材料，如何更稳定地利用光能?《自然》杂志13日发表的一项研究给出了答案：中国科学院化学研究所李永舫院士、孟磊研究员团队，提出“全阶段调控”策略，通过引入一种可光转换的添加剂分子，成功制备出新型钙钛矿-有机叠层太阳能电池。经第三方机构认证，该电池的稳态光电转换效率达到28.04%，刷新这类电池的世界纪录。
近年来，以钙钛矿太阳能电池和有机太阳能电池为代表的新一代光伏技术发展迅速。这类电池的制造方式很特别，能像印报纸一样，通过溶液加工、卷对卷印刷等技术，实现柔性、大面积制造，成品又轻又薄，还能弯曲。将它们像三明治一样叠在一起的钙钛矿-有机叠层太阳能电池，能把太阳光谱“吃干榨尽”：上层钙钛矿吸收可见光，下层有机物吸收近红外光，理论发电效率远超单一材料电池。
然而，这种叠层电池的上层有个难缠的问题。为了吸收足够的太阳光，薄膜中需要同时添加碘和溴两种元素。麻烦的是，在制备过程中或持续光照下，碘离子和溴离子容易“闹分家”，各自聚集成群。“这种相分离现象一旦发生，电池电压就会不断下降，性能持续衰退，成为阻碍其走向应用的致命短板。”孟磊说。
为了平息这场微观世界的纷争，研究团队向材料中加入一种名为TDB的添加剂分子。在电池薄膜成型之初，TDB像一位耐心的协调员，拖住溴离子快速聚集的脚步，确保碘和溴从一开始就均匀混合。而当电池见光工作时，TDB被光激活，转化成新结构的TAB分子。“新分子能够锚定在材料晶界上，抑制卤素离子迁移和相分离，完成了从‘惧光’到‘驭光’的蜕变。”孟磊解释。
钙钛矿-有机叠层太阳能电池器件。中国科学院化学研究所供图
凭借这一贯穿制备与运行全过程的调控策略，团队制成的宽带隙钙钛矿太阳能电池的开路电压创下同类型电池最高纪录，将其与底层有机太阳能电池精准叠加后，整个叠层器件的实验室最高光电转换效率达28.80%，认证稳态效率锁定在28.04%。在持续光照625小时后，叠层太阳能电池仍保持初始效率的90%，展现出优异的稳定性。
李永舫表示，这种钙钛矿有机叠层太阳能电池兼具轻薄与柔性优势，不仅有望用于建筑、交通、可穿戴设备等领域，更因其突出的柔性重量比，未来有潜力登上卫星和空间站，为人类提供更轻便高效的太空能源。
