新策略让钙钛矿光伏组件规模化生产有望实现

来源：科技日报

科技日报记者 宋迎迎 通讯员 孙秀红

如何让轻薄、柔韧的钙钛矿太阳能电池既保持高效率，又能稳定、均匀地大面积生产？这一困扰学界与产业界的核心难题，如今有了创新解法。

2月28日，记者从中国科学院青岛生物能源与过程研究所获悉，该所联合香港科技大学研究团队，在钙钛矿太阳能电池埋底界面工程领域取得重要突破。他们首创“溶剂化物晶体预晶种”策略，为钙钛矿光伏组件实现高效、可规模化生产带来新希望。相关研究成果已于27日在国际学术期刊《自然·合成》发表。

钙钛矿太阳能电池兼具高效率和溶液加工潜力，被视为下一代光伏技术的重要发展方向。然而，目前业界广泛研究的倒置结构钙钛矿太阳能电池，其底部界面存在难以控制的微观缺陷，严重制约了电池性能及长期稳定性。

为解决这一难题，研究团队独辟蹊径，开发出一种名为“晶体-溶剂化物预晶种”的通用性调控方法。研究人员预先在基底上沉积一层特殊设计的低维卤化物溶剂化物晶体作为“晶种”，犹如为钙钛矿薄膜的生长提前搭建了“引导支架”。这能有效改善基底表面的湿润性，使钙钛矿溶液均匀铺开，为后续高质量、大面积薄膜制备打下基础。同时，“晶种”中锁定的溶剂分子在加热过程中缓慢释放，在薄膜下方形成温和的“溶剂氛围”，促进晶体重组与修复，显著减少孔洞与缺陷。

通过这一协同机制，研究人员成功在钙钛矿薄膜底部构筑了致密、平整、结晶取向更佳的高质量活性层，从根本上消除了常见的埋底界面孔洞和深晶界等缺陷。

为验证该策略的产业化潜力，研究团队进一步将其与适合大规模生产的“狭缝涂布”工艺相结合，成功制备出入光面积达49.91平方厘米的钙钛矿太阳能微型组件，获得23.15%的认证效率，且其从实验室小电池到较大面积组件的效率损失率极低，展现了卓越的工艺放大能力和均匀性控制水平。

研究团队介绍，这项研究提出的“晶体—溶剂化物预晶种”概念是一个强大的材料平台，可通过改变组分衍生出多种功能化“晶种”，为钙钛矿乃至其他新型软物质半导体光电器件的精密制造开辟全新技术路径。

该研究有望推动钙钛矿光伏技术在建筑一体化、可穿戴电子、新能源汽车等领域的商业化进程。

（研究团队供图）