美国密歇根大学化学工程系研究人员在钙钛矿太阳能电池技术方面取得了显著进展。这一创新提高了这些电池的耐用性和效率，不仅有望使太阳能更容易获得，而且还挑战了硅基太阳能电池的长期优势。

钙钛矿太阳能电池

钙钛矿太阳能电池以具有类似晶体结构的矿物命名，一直是可再生能源研究的热门话题。然而，与硅电池相比，钙钛矿以其高能量转换效率和较低的生产成本而闻名，它面临着一个主要障碍：它们对环境条件的敏感性导致快速降解。

密歇根大学的研究由Xiwen Gong教授和他的团队领导，提出了一个解决方案。这项研究发表在《物质》期刊上，围绕着使用大块的“缺陷安抚”分子来稳定钙钛矿材料，从而延长其寿命。

了解创新

这一突破的本质在于战略性地使用添加剂来抵消钙钛矿晶体结构中阻碍电子运动和加速降解的缺陷。该团队试验了不同尺寸、重量和配置的添加剂，以评估它们对钙钛矿太阳能电池耐用性的影响。

他们的发现是革命性的。事实证明，具有较高配位数（coordination numbers）和分子量的较大分子在与钙钛矿晶体结合、改善晶粒尺寸和减少缺陷形成方面更有效。当经过处理的钙钛矿薄膜被加热时，这一点尤为明显，表现出更少的结构缺陷，并保留了更多其特有的黑色。

与硅基太阳能电池的比较

在进一步深入研究这项研究的影响之前，将这些发现与目前的太阳能技术标准——硅基太阳能电池进行比较至关重要。硅电池在实验室的效率约为26%-27%，在商业产品中的效 率约为15%-22%，几十年来一直是基准。它们受益于既定的制造工艺和市场存在，但受到更高的生产成本和约29%-33%的理论效率限制的阻碍。

相比之下，钙钛矿太阳能电池虽然仍处于发育阶段，但在实验室环境中迅速实现了超过25%的效率。它们较低的生产成本和更高理论效率的潜力，特别是在串联配置中，使它们成为太阳能行业的强大竞争者。

通过解决稳定性的首要问题，密歇根大学的研究为钙钛矿太阳能电池成为硅电池的可行和更经济的替代品铺平了道路。这一进步不仅仅是一项科学成就，也是太阳能行业变革的潜在催化剂。

未来的挑战和机遇

从实验室到市场的道路充满了钙钛矿太阳能电池的挑战，包括长期稳定性、可扩展性和环境考虑因素，特别是在铅的使用方面。然而，这项研究提供的机会是巨大的，特别是考虑到它们更高的理论效率限制。

随着我们迈向更可持续的未来，太阳能电池技术的作用至关重要。该领域正在进行的研究和开发旨在重新定义可再生能源的可能性。

领导这项研究的华人科学家毕业于复旦大学

XIWEN GONG教授已将自己确立为化学工程、可再生能源和可穿戴电子领域的重要研究人员。Gong教授目前在密歇根大学担任助理教授，其学术能力扩展到多个学科，包括电气和计算机工程、材料科学和工程、大分子科学与工程以及应用物理。她作为ACS光子学副编辑和ACS应用电子材料编辑咨询委员会成员的贡献进一步强调了她在该领域的专业知识和影响力。

Gong教授在科学和工程领域的旅程始于2014年中国复旦大学材料物理学学士学位，为物理科学奠定了坚实的基础。然后，她在Ted Sargent（2014-2018）的指导下，从多伦多大学获得了电气和计算机工程博士学位。在博士研究期间，Gong专注于设计用于太阳能收集、光发射和传感应用的新材料。

获得博士学位后，Gong教授作为化学工程系的博士后研究员在斯坦福大学进一步研究（2018-2020年）。她与Zhenan Bao合作，开发了柔软和可拉伸的半导体和器件，为可穿戴电子领域做出了重大贡献。

Gong教授令人印象深刻的职业生涯轨迹以一系列著名的荣誉为标志。她被授予非凡潜力奖，并被斯坦福大学评为“2017年EECS新星”之一。2023年，Gong在《自然》杂志的鼓舞人心的科学女性奖（科学成就类别）中获得亚军。她作为高级施密特科学研究员(Schmidt Science Fellow)（首任）和亚马逊物理科学研究员的地位反映了她对物理科学的重大贡献。

2024年，Gong在研究和创新方面的能力得到了著名的美国自然科学基金(NSF)职业奖的进一步认可，突出了她在工程和可再生能源方面持续影响的潜力。