2024首篇Science！南大谭海仁第4篇正刊，本周一《人民日报》头版头条报道产业化项目
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“TOP大学来了”小编按，2月22日，南京大学现代工学院谭海仁教授作为唯一通讯作者在全球顶级科研期刊《Science》发表了题为“Homogeneous crystallization and buried interface passivation for perovskite tandem solar modules”的研究论文。南京大学2019级直博生高寒、博士后肖科、特任副研究员林仁兴为论文的共同第一作者。南京大学为论文的唯一通讯单位和第一完成单位。
南京大学谭海仁教授带领科研团队再次刷新了全钙钛矿叠层组件的世界纪录效率，经国际第三方权威认证机构测试，其稳态光电转换效率高达24.5%，为全钙钛矿叠层电池的量产和商业化应用奠定了技术基础。
TOP君注意到，这是谭海仁教授3年内发表的第4篇Nature/Science正刊。
谭海仁教授在大面积全钙钛矿叠层组件领域
取得新突破
为实现“双碳”重大战略目标，加快建设新型低碳清洁能源体系，国家能源局、科学技术部联合印发《“十四五”能源领域科技创新规划》明确指出需要大力开展钙钛矿/钙钛矿（简称“全钙钛矿”）高效叠层电池制备及产业化生产技术研究。
谭海仁教授课题组一直致力于新型全钙钛矿叠层电池技术的研究，近年来，团队通过晶粒表界面钝化策略实现了认证纪录效率达28.0%的小面积全钙钛矿叠层电池（Nature 620, 994, 2023），并进一步通过可量产化制备技术实现了21.7%认证效率的大面积叠层组件（Science 376, 762, 2022）。然而，大面积全钙钛矿叠层组件的光电转换效率与小面积叠层电池有较大差距，制约了钙钛矿叠层电池的产业化进程。其中窄带隙钙钛矿薄膜的均匀制备是限制大面积组件性能提升的关键问题。现有的规模化制备技术开发均聚焦于常规带隙钙钛矿薄膜，而含锡钙钛矿薄膜的结晶速度快，大面积量产制备的时间窗口短，易出现成膜不均匀的问题。此外，刮涂制备窄带隙钙钛矿时，气吹辅助过程造成了缓慢的至上而下结晶，这种不同步的结晶过程，使得铅锡钙钛矿的底部界面出现大量的缺陷，严重限制了电池的光电性能。
图1：大面积窄带隙钙钛矿薄膜的均匀制备。（A）甘氨酰胺盐酸盐与钙钛矿的相互作用示意图；（B）甘氨酰胺盐酸盐对钙钛矿薄膜均匀性的提升。
为了解决上述关键问题，谭海仁教授研究团队通过向前驱体溶液中加入一种多功能的两性离子缓冲液-甘氨酰胺盐酸盐，实现了铅锡钙钛矿的结晶调控和埋底界面钝化。甘氨酰胺盐酸盐可与钙钛矿有机阳离子和溶剂之间形成氢键作用，并与钙钛矿前驱体中的金属卤化物形成配合物，抑制钙钛矿结晶过程中的溶剂挥发并延缓钙钛矿的结晶速率，大幅延长了钙钛矿薄膜大面积成膜的制备窗口时间，实现了铅锡钙钛矿薄膜的大面积、均匀化制备（如图1所示）。
图2. 甘氨酰胺盐酸盐的埋底界面钝化作用。（A-C）甘氨酰胺盐酸盐优化埋底界面的表征；（D-E）甘氨酰胺盐酸盐对窄带隙单结电池的光伏性能提升。
进一步，甘氨酰胺盐酸盐在前驱体溶液中的高溶解度可以诱导其自发聚集在钙钛矿薄膜的底部界面处，减少底部界面处的缺陷密度，大幅提升钙钛矿薄膜的载流子寿命，将可量产技术制备的铅锡窄带隙单结钙钛矿电池的光电转换效率从18.9%提升至21.4%（如图2所示），这是目前报道涂布技术制备的最高效率，为高效率全钙钛矿叠层组件的制备奠定了技术基础。
图3. 全钙钛矿叠层太阳能组件的光伏性能。（A）全钙钛矿叠层器件的截面电子显微镜照片；（B-C）小面积全钙钛矿叠层电池的光电转换效率；（D-F）全钙钛矿叠层光伏组件的性能。
结合上述优化思路，研究团队将甘氨酰胺盐酸盐制备的窄带隙子电池与宽带隙子电池结合构筑全钙钛矿叠层电池（如图3A）。为实现大面积组件中各个子电池的有效串联，优化了P1、P2、P3等激光划刻，获得了更大的光电响应活性区域，基于此，研究团队构筑了高效率大面积全钙钛矿叠层组件（如图3F所示）。
经国际权威机构JET第三方认证，谭海仁课题组研制的全钙钛矿叠层组件的稳态光电转换效率高达24.5%，为目前大面积钙钛矿电池组件的最高转换效率。相关结果已被收录到国际权威的太阳能电池世界纪录效率表《Solar cell efficiency tables》中（如图4所示），为全钙钛矿叠层电池的产业化提供了解决方案。
图4：最新太阳能电池世界纪录效率表（叠层电池部分）。《Solar cell efficiency tables》是由"太阳能之父"Martin Green教授与美、日、意、澳等多国科学家联合编撰的国际权威榜单，代表了全球光伏领域的最前沿水平。
《人民日报》头版头条
重点关注谭海仁教授产业化项目
谭海仁教授不仅是科学家，也是创业者，是产学研结合的示范者！在开展科学研究解决问题的同时，谭海仁教授也积极在推动叠层钙钛矿组件量产，让科研走出实验室造福全社会。
2021年，南京大学谭海仁教授创办产业化公司仁烁光能，主营业务为新型钙钛矿光伏组件的研发、生产及销售。
仁烁光能研发实力雄厚，连续创造多项钙钛矿光伏电池转化效率的世界纪录。产业化进程行业领先，拥有全球首条10MW全钙钛矿叠层电池研发线、150MW钙钛矿太阳能电池量产线。
1月11日，仁烁光能150MW钙钛矿光伏组件项目竣工暨出片仪式在常熟成功举办
2月19日，《人民日报》头版头条刊发《江苏奋力推进产业科技创新》报道文章，文中对仁烁光能“150 兆瓦钙钛矿光伏原创成果”项目进行了重点报道。（本文节选自《人民日报》2024年02月19日第01版，记者：何聪 姚雪青）
“在常熟经济技术开发区仁烁光能（常熟）有限公司，今年1月投产的150兆瓦钙钛矿光伏组件生产线上，一块块导电玻璃经过加工形成新结构钙钛矿叠层电池，既能采光还能发电。其光电转换率超过30%，处于国际领先水平。”
这项由谭海仁董事长领衔完成的原创成果，是“江苏省支持顶尖科学家领衔实施的48项基础研究重大项目”中取得突破和转化应用成果之一，对于江苏加快“打造具有全球影响力的产业科技创新中心”具有积极的促进作用。
江苏省委书记信长星视察南京大学-仁烁光能钙钛矿光伏联合实验室时指出：“推进碳达峰碳中和，既迎来重大战略机遇，也创造巨大市场空间，希望大家乘势而上、再接再厉，加强产学研深度融合，突破传统路径“天花板”，以新技术开辟新赛道，更好服务清洁能源高效利用和发展方式绿色转型。”
未来，仁烁光能将继续加大科研投入，积极服务国家双碳战略，通过不断技术创新和全面提升产品品质，持续推动光伏产业转型升级。同时公司将加快钙钛矿电池产业化进程，积极配合江苏加快打造具有全球影响力的产业科技创新中心，助力江苏加快发展新质生产力做出仁烁贡献。
1月16日，由清科创业（1945.HK）、投资界发起的2023Venture50评选结果揭晓，仁烁光能荣登“新芽榜”、“投资界碳中和”榜单。（新芽榜评选企业为融资阶段在B轮及以前且成立于2020年之后的未上市企业）。
作者简介
谭海仁，南京大学现代工程与应用科学学院教授、博士生导师。2008、2011和2015年先后从中南大学、中科院半导体研究所、荷兰代尔夫特理工大学获得本科、硕士和博士学位；2015-2018年加拿大多伦多大学博士后。科研成果入选科技部2022年度“中国科学十大进展”。2023年获得国家杰出青年基金。
长期从事新型光伏材料与器件的研究工作，包括钙钛矿太阳能电池、硅基太阳能电池及新型高效低成本叠层太阳能电池，实现了全钙钛矿叠层太阳能电池、平面型钙钛矿太阳能电池、非晶硅/微晶硅叠层太阳能电池光电转换效率的世界记录，钙钛矿叠层电池的世界纪录3次被业界权威的“Solar cell efficiency tables”收录。在Science, Nature ，Nature Energy,,Nat. Comm., Adv. Mater.等学术期刊发表论文80余篇，引用9000 余次；入选科睿唯安2021年度全球“高被引科学家”（Highly Cited Researchers）。
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来源丨TOP大学来了
美编丨彭诗钰
责编丨李欣怡
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