稳定性媲美商业晶硅，我国产业级钙钛矿太阳能电池研发获关键突破

IT之家 5 月 30 日消息，据南京航空航天大学今日消息，该校国际前沿科学研究院郭万林教授和赵晓明教授团队继 2024 年 7 月开发气相氟化技术实现大面积钙钛矿太阳能电池的均匀稳定化后，于 2025 年 5 月 30 日再次在《Science》发表最新成果“Vapor-assisted surface reconstruction enables outdoor-stable perovskite solar modules”。

该团队开发了更绿色、更具经济性的气相辅助表面重构技术，抑制了产业级钙钛矿模组在户外环境下的不可逆退化，在 30 cm × 30 cm 钙钛矿模组中首次实现与商用晶硅太阳能电池相当的户外运行稳定性。

两项研究形成技术闭环，系统性攻克钙钛矿光伏产业化进程中“实验室-产线-户外”全链条稳定性难题，相关技术已申请专利。

郭万林教授团队提出了一种通过功能材料与水的相互作用，将水中蕴藏的能量直接转换为电能的水伏效应，开创了利用太阳光热的新方法。近期，该团队在水伏光伏结合领域积极探索，针对钙钛矿电池研究向商业化应用的大面积长效稳定要求的挑战，开发了气相后处理法，使制备大面积高质量的钙钛矿电池模组成为可能，取得了里程碑式的突破。

单晶硅太阳能电池是目前主要的太阳能产品，由沙子制成晶硅需要 1200 摄氏度的高温等复杂制造过程，也因此特别稳定。金属卤化物钙钛矿太阳能电池制备可在约 140 摄氏度以下温度制备，但主要使用旋涂、刮涂等工艺和液相法稳定化处理。这些制备工艺制备高质量小面积的钙钛矿太阳能电池相对容易，小面积 (<0.1 cm2) 金属卤化物钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已经达到 27%，与商用硅电池相当。然而，它们的长期运行稳定性尚未满足光伏产品的要求，尤其是对产业级大面积的钙钛矿模组来说，其寿命远低于商用晶硅太阳能电池，钙钛矿太阳能电池从实验室走向市场仍任重道远。

该团队开发出更绿色、更具经济性的“气相辅助表面重构”技术，相较于前代气相氟化技术，新方法无需专用设备，仅通过气相沉积多齿配体即可实现钙钛矿表面结构的原位重构，隔离缺陷富集的表面单元，实现离子不可逆迁移的抑制。

这项创新技术不仅阐明了不可逆离子迁移是导致器件性能永久衰退的本质原因，更通过抑制该过程首次在钙钛矿电池上实现了与硅太阳能电池比肩的户外稳定性，同时工艺成本较前代技术大幅下降，且完全兼容现有光伏产线设备体系，为钙钛矿光伏技术的规模化应用扫清了关键障碍，标志着该领域从实验室创新向产业化落地迈出了里程碑式的一步。

经过气相辅助表面重构的太阳能电池实现了更高的光电转换效率和稳定性。0.16cm2 单元电池和 785cm2 太阳能模组的 PCE 分别为 25.3% 和 19.6%。光 / 暗循环加速老化测试结果表明，模组的预计 T80 寿命（效率下降至初始效率的 80% 所需的时间）达到 2478 次循环（等效于 25℃ 环境下循环运行超过 6.7 年），为报道中最具稳定性的钙钛矿模组。

为了进一步考察钙钛矿模组的户外稳定性，在高温高湿的夏季将钙钛矿模组和商用晶硅太阳能电池一起对比，发现产业级钙钛矿模组展示出与商用晶硅太阳能电池相当的稳定性。并且由于钙钛矿电池较低的温度系数，其在高温条件下的功率保持率甚至优于晶硅太阳能电池，证明了钙钛矿太阳能电池实际应用的可能性。

为了探究稳定性提升的背后机制，通过在光 / 暗循环条件下分析钙钛矿薄膜表面形貌演变和元素分布情况，发现经过气相辅助表面重构的薄膜展现出更强的可逆恢复行为，证实气相辅助表面重构有效阻断了碘离子向电子传输层的不可逆迁移路径，维持了界面结构的均匀性与致密性，从而显著提升了材料稳定性。

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