锚点：钙钛矿，是新一代太阳能电池突破极限的关键吗？| 袁岚峰

袁岚峰：您自己研究的，主要是钙钛矿的太阳能电池是吧？

徐集贤：对。

袁岚峰：但是了解多一点才发现，这个钙钛矿可能既不含钙，也不含钛，对吧？所以它到底是个什么东西呢？

徐集贤：钙钛矿，它相当于是一个俗称，它的晶体结构是ABX3这种晶体结构的统称。我们太阳能用的钙钛矿叫金属卤化物钙钛矿，它其实是个人造材料。

袁岚峰：哦，大自然本来没有的，是你们合成出来的？

徐集贤：是人工合成的，形成这样的晶体结构。

袁岚峰：因为我也学过一点固体化学，所以我知道有非常多的晶体结构。除了钙钛矿之外，比如说氯化钠结构，比如说闪锌矿结构，简直是数不胜数。为什么你们做光伏的这么重视钙钛矿？

徐集贤：其实也不是我们重视，是我们遇到了。从晶硅以后还有三五族（半导体），这是一个标杆性的光伏材料，这些都是单晶材料，能耗比较高。要做单晶，它的制备条件也比较难。近三十年来，人们就在讲，我寻找新一代的太阳能材料，最好能跟印报纸、摊煎饼一样的难度，我们叫 kitchensink（厨房水槽），就是厨房化学的条件，这里面核心就是材料。

像我自己都做了两三种光伏材料，我们为什么最近(研究)钙钛矿材料？因为我们发现这个钙钛矿材料它实际上是一个多晶材料，是多晶薄膜，它的厚度只有晶硅的几百分之一。我们现在的薄膜只要五百纳米到一微米就能把光大概吸完了，所以它的用料会很省。它的制备也就是溶液法，后面刮涂等，其实就很像摊煎饼一样。它的制备温度也就是一两百度以下，整体来说，整个制备周期里面的能耗会降低很多。它的另一个神奇之处，就是它的效率也很高。我用最糙的材料和最糙的方法，单从效率层面已经和晶硅很接近了。

我2012年和2013年在博士期间，开始进入研究钙钛矿这个领域。很幸运，我第一个工作其实是一个理论第一性原理的计算。计算结果告诉我们说这个材料不一般，它的形成是很容易的，所以首先它是热力学稳定的。第二个，做缺陷化学的计算，发现它很容易形成缺陷，这也和事实很符合。但是它形成的大部分缺陷竟然是不致命的缺陷，就是它的缺陷容忍度非常高。所以有了这个指导，我们就可以下决心说这个材料“天赋异禀”，是可以坚持做下去的。到了现在，我们实验室做的器件可以达到26%、27%接近28%的水平。晶硅也是这个水平，其他新型太阳能电池的水平大概都是20%左右。其实做光伏产业还有科学家、科研人员前仆后继做了很多路径探索，目前探索到现在的钙钛矿，也是我们比较幸运。

中国的什么产业在世界上领先幅度最大？可能很多人会提名光伏。在二十年间，我们目睹这个产业从跟跑到领跑，从充满质疑到势不可挡。到现在，几乎所有人都接受了新能源是中国的优势，而光伏更是其中奠基性的优势。

不过，光伏的科学原理可能大多数人还不十分了解。这其中核心的一点是，太阳光谱的特性导致，太阳能电池的能量转换效率有个上限，大约是33%。

然而在这个上限提出之后，科学家们也不断在寻求突破这个上限的方法，收获了许多1 + 1 > 2类型的成就。我的同事、中国科学技术大学化学与材料学院徐集贤教授，就多次创造了多种太阳能电池的效率纪录，尤其是在钙钛矿材料方面堪称引领世界。今天，我们就来访问徐集贤老师。

《锚点》节目中国科学技术大学科技传播系副主任袁岚峰对话中国科学技术大学化学与材料学院徐集贤教授，东方卫视2026年4月8日播出。本片为精彩片段之四，25分钟的全片可见于上海广播电视台“看看新闻”网站（https://www.kankanews.com/detail/EnwNqgbVbQa）、app、视频号以及哔哩哔哩（https://www.bilibili.com/bangumi/play/ep3529982）。

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2025年1月1日，我和上海广播电视台合作的科学家对话节目《锚点》在东方卫视开播，每周三22:00播出。经常有朋友问全片回放在哪里看，以前唯一可看的地方是上海广播电视台的“看看新闻”网站，在其中搜“锚点”就可以看到。从11月5日开始，锚点节目在哔哩哔哩上线了！欢迎大家关注新开的“东方卫视锚点”账号，欢迎大家在B站观看锚点全片，在“东方卫视锚点”账号或者我的账号“袁岚峰”或者B站纪录片频道都可以看到。真科学，真对话，欢迎大家来到锚点！

■ 作者简介

袁岚峰

中国科学技术大学科技传播系副主任

中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心副研究员

科技与战略风云学会会长

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