太阳能研究正不断突破微小的效率提升，科学家们如今致力于解决更深层次的技术障碍，这些障碍此前限制了太阳能发电的使用方式、地点和时机。他们的目标是构建可扩展、坚韧且可靠的太阳能发电系统。

在三项研究中，研究人员分别聚焦于钙钛矿电池的制造、提高太阳能电池的耐用性，以及将太阳能长期储存。

解决钙钛矿太阳能电池的"埋底界面"问题

在下一代太阳能电池开发中，一个长期存在的障碍是"埋底界面"。在倒置钙钛矿太阳能电池深处，这个微观层会聚集电子缺陷，导致电池过早老化。

中国青岛生物能源与过程研究所的研究人员提出了一种解决方案，采用一种基于晶态溶剂化物预晶种方法，并使用特殊的纳米晶体。这些纳米晶体自下而上地引导晶体均匀生长，同时，生产过程中内置的退火效应会修复界面缺陷。

该团队制造了一个边长近50厘米的大面积组件，实现了23.15%的功率转换效率。小型测试电池与较大组件之间的效率损失不到3%。

实验室性能与规模化生产之间的差距一直是一个持续的挑战，阻碍了有前景的钙钛矿电池达到商业规模。通过证明高性能能够随着电池尺寸增大而得以保持，该团队已使大规模钙钛矿制造切实地更接近现实。

柔性聚合物电池展现持久耐力

武汉理工大学的研究人员则攻克了一个不同但同样关键的问题：为何重量轻、柔韧性好且生产成本相对较低的聚合物太阳能电池，在实际环境条件下难以维持性能。

他们的研究确定了聚合物受体材料中导致在持续光照和高温下性能退化的特定分子弱点。随后，他们开发出一种补救方法：将小分子受体掺入聚合物基质中，以改善分子堆积和电荷传输。

摘要显示太阳能电池结构和效率

由此制成的器件实现了19.1%的功率转换效率，并且在露天运行超过2000小时后，仍能保持其初始性能的97%。该团队预测，这一结果表明这些电池的使用寿命可能超过10万小时。如果这一数据能在更广泛的测试中得到证实，将意味着跨越了一个重要的商业门槛。

柔性聚合物电池能够应用于刚性硅基板无法触及的太阳能装置。它们可以用于曲面建筑外墙、便携式设备以及偏远地区的基础设施。这项技术一直具备这种潜力，而这项研究迄今最强有力地证明了其能够实现这一潜力。

一种可按需释放氢气的太阳能"电池"

第三项突破来自德国乌尔姆大学和耶拿弗里德里希·席勒大学的合作。这一进展与前两项有所不同，它并非太阳能技术的直接进步，而是解决了所有太阳能技术进展中的一个主要局限：当需要能源时，太阳并不总是照耀大地。

该团队开发出一种分子系统，可以吸收阳光、储存能量，并在数天后(即使在完全黑暗的环境中)以氢气的形式释放能量。实际上，它兼具太阳能收集器和电池的功能。

该系统围绕一种特殊设计的聚合物构建，这种聚合物在暴露于阳光下时能吸收并保持电荷。关键的创新在于，这种分子经过调整，特别擅长获取和释放电子，从而使其能够充当太阳能的临时储存器。充电后，它能以超过80%的效率稳定储存能量数天，直到触发氢气释放。

在反应器中用可见光照射的钌染料

其实际应用意义相当重大。这种分子存储方式无需迫使电网在太阳能发电的瞬间就将其消耗掉，而是可以将能源生产与消费完全解耦。它可以在晴朗的日子里捕获能量，并在需要时——无论是阴天、夜间还是最急需的地方——释放清洁的氢燃料。

对于一个仍在寻找可扩展的可再生能源存储方式的世界来说，一个在分子水平上运行、完全可充电且产出氢气的系统，代表了一个值得关注的全新方向。