作為下一代光伏技術(shù)的核心方向，金屬鹵化物鈣鈦礦太陽能電池的產(chǎn)業(yè)化進程正受困于界面缺陷與相偏析等關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。近日，合肥工業(yè)大學材料科學與工程學院童國慶、蔣陽教授團隊聯(lián)合安徽大學陳鵬鵬教授課題組，在國際能源材料領域頂刊《Advanced Energy Materials》發(fā)表重磅成果，創(chuàng)新性提出 “雙側(cè)錨定” 界面調(diào)控策略，成功攻克寬帶隙鈣鈦礦電池的效率與穩(wěn)定性難題，并構(gòu)建出可全天候運行的自驅(qū)動光電催化抗菌系統(tǒng)，為鈣鈦礦技術(shù)在環(huán)境治理、公共衛(wèi)生等領域的跨場景應用開辟新路徑。

將太陽能光伏與光電催化耦合，是實現(xiàn)可再生能源高效利用、拓展光伏應用邊界的核心技術(shù)路線。相較于傳統(tǒng)硅基電池在弱光、室內(nèi)環(huán)境下效率驟降的短板，寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池憑借光譜響應特性優(yōu)勢，理論上可在標準太陽光與弱光條件下保持高光電轉(zhuǎn)換效率，成為室內(nèi)能源、便攜設備、催化驅(qū)動等場景的理想選擇。

然而，寬帶隙鈣鈦礦材料在成膜過程中極易產(chǎn)生鹵化物相偏析與高密度空位缺陷，同時 SnO?電子傳輸層與鈣鈦礦光吸收層間的界面非輻射復合問題突出，直接導致載流子傳輸受阻、開路電壓損失，成為制約電池效率突破與模組化放大的核心痛點。業(yè)內(nèi)測試數(shù)據(jù)顯示，未優(yōu)化的寬帶隙鈣鈦礦器件界面缺陷態(tài)密度可達 101? cm?3，非輻射復合損耗占光電轉(zhuǎn)換損失的 60% 以上，弱光下效率衰減更為顯著，嚴重限制其在全天候、多場景下的應用落地。

針對行業(yè)共性難題，合工大團隊首創(chuàng) “雙側(cè)錨定” 界面工程策略，引入多功能添加劑 3 - 氟 - L - 苯丙氨酸（3-FLPA）作為 SnO?電子傳輸層與鈣鈦礦層間的 “分子橋”，實現(xiàn)界面缺陷的精準鈍化與相偏析的有效抑制。

核心技術(shù)機理：3-FLPA 分子結(jié)構(gòu)中的羧基（-COOH）可與 SnO?表面未配位的 Sn 原子形成強配位鍵，牢牢錨定電子傳輸層表面，填補氧空位缺陷；分子另一端的氨基與含氟取代基則與鈣鈦礦薄膜中的鉛離子、鹵離子形成氫鍵與范德華力作用，同步鈍化鈣鈦礦表層與晶界缺陷。這種雙端協(xié)同作用，不僅構(gòu)建起連續(xù)、高效的載流子傳輸通道，更能顯著抑制光誘導下的鹵化物離子遷移，從根源解決相偏析難題。

關(guān)鍵性能突破：經(jīng)該策略優(yōu)化的小面積寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池，在 AM 1.5G 標準太陽光下光電轉(zhuǎn)換效率達20.43%；10 cm×10 cm 模組效率達15.03%。在 1000 lux 室內(nèi)弱光環(huán)境下，電池與模組效率分別攀升至41.57%與29.46%，弱光響應性能遠超傳統(tǒng)硅基與常規(guī)鈣鈦礦器件，處于國際領先水平。借助 IV 測試、PL 光譜、EIS 阻抗等精密表征設備驗證，優(yōu)化后器件界面非輻射復合損耗降低 72%，載流子壽命延長至 3.2 μs，界面接觸電阻下降 68%，驗證了 “雙側(cè)錨定” 策略的科學性與有效性。

依托高性能寬帶隙鈣鈦礦模組，研究團隊進一步集成 WSe?@WO?異質(zhì)結(jié)光陽極，成功構(gòu)建無需外加偏壓的全天候自驅(qū)動光電催化抗菌系統(tǒng)。該系統(tǒng)以鈣鈦礦模組作為穩(wěn)定電源，在標準光與弱光下均可高效輸出電壓與電流，驅(qū)動光陽極產(chǎn)生大量強氧化性活性氧基團（?OH、O???），實現(xiàn)對致病菌的高效滅活。

實測應用效果：在標準太陽光照射 16 分鐘、室內(nèi)弱光（1000 lux）照射 65 分鐘條件下，系統(tǒng)對大腸桿菌的滅活率均達 99.99%，展現(xiàn)出優(yōu)異的全天候殺菌能力。相較于傳統(tǒng)紫外殺菌、化學消毒等方式，該技術(shù)具備無二次污染、低能耗、可戶外 / 室內(nèi)雙模式運行等優(yōu)勢，在公共空間消毒、水處理、醫(yī)療防疫、農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖等領域具備廣闊產(chǎn)業(yè)化前景。

本研究得到國家自然科學基金、安徽省重點研發(fā)計劃等多項國 家級、省部級項目資助，并獲合肥照陽光能科技有限公司、合肥工業(yè)大學分析測試中心電鏡平臺的技術(shù)支持，實現(xiàn) “基礎研究 — 器件優(yōu)化 — 系統(tǒng)集成 — 應用驗證” 的全鏈條突破。