我国学者在工业级钙钛矿太阳能电池领域取得突破突破

南京航空航天大学国际前沿科学研究院院长、中国科学院教授郭万林、赵晓明团队教授开发的气相协助表面重构技术，成功抑制了室外环境下产业级钙钛矿模块的不可逆衰退，为30厘米。×在30厘米的钙钛矿模块中，首次实现了与商用晶硅太阳能电池相当的户外运行稳定性。这一结果于5月29日在科学上公布。

据悉，这是继2024年7月气相氟化技术实现大规模钙钛矿太阳能电池匀称防老化后，该团队第二次在科学上公布了相关成果。两项研究形成了技术闭环，系统地突破了“实验室-生产线-室外”全链条在钙钛矿光伏产业化过程中的稳定性问题。目前，相关技术已经申请专利。

目前，探索和利用太阳光热的新方法，提高其应用能力，已经成为保证人类生存和实现高质量发展的必由之路。在这一领域，郭万林团队提出了一种新的方法，利用功能材料与水的相互作用，将水中的能量直接转化为电能的水伏效应，开辟了使用太阳光热的新方法。

目前，金属卤化物钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已达27%，面积小(0.1cm2)，与商用硅电池相当。但其长期运行稳定性尚未满足光伏产品的需求，尤其是工业级钙钛矿模块，其使用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还有很长的路要走。

在前期研究中，郭万林团队开发了一种气相氟化技术，实现大规模钙钛矿模块的长期稳定室内运行。该技术还可以显著提高生产线上的模块寿命，但在转换验证过程中遇到了新的问题:工业生产线中需要引入专用氟化反应釜进行更大尺寸的钙钛矿膜处理，将显著增加生产成本，降低技术规范的经济效益。这促使团队提出了新的挑战:能否开发出更加普遍、更加温和、成本更低的大规模防老化方案?

团队进行了深入研究，在户外实测中观察到了一个独特的现象:钙钛矿模块在昼夜循环中表现出有趣的“可逆衰减”行为，即模块在白天工作时会出现性能下降，但一些性能可以通过夜间“休息”恢复。继续研究发现，这种特殊行为与钙钛矿薄膜中碘离子的可逆/不可逆转移行为密切相关——钙钛矿层内可逆转移发生可逆转移，导致性能下降具有夜间自修复的特点，而不可逆转移涉及离子向电荷传输层或电极的逃逸，会导致设备特性的永久性下降。

针对上述问题，团队开发了“气相协助表面重构”技术。与上一代气相氟化技术相比，新方法只有通过气相沉积多齿配体，才能实现钙钛矿表面结构的原点重构，隔离缺陷聚集的表面模块，抑制离子不可逆的迁移。

这项创新技术不仅明确了不可逆离子迁移是设备性能永久下降的实质性原因，而且通过抑制这一过程，与硅太阳能电池相比的室外稳定性首次在钙钛矿电池上实现。同时，与上一代相比，工艺成本大幅下降，完全适应了当前的光伏生产线设备体系，为钙钛矿光伏技术的大规模应用扫清了关键障碍，这意味着该领域已经从实验室创新走向产业化。

为了进一步考察钙钛矿模块的室外稳定性，研究小组将钙钛矿模块与商用晶硅太阳能电池进行了高温高湿环境的对比，发现工业级钙钛矿模块与商用晶硅太阳能电池相当稳定。而且，由于钙钛矿电池的温度系数较低，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的实际应用概率。