低成本气相技术破解钙钛矿光伏全链稳定瓶颈

近日，《科学》(Science)该杂志的官方网站名称为“Vapor-assisted surface reconstruction enables outdoor-stable perovskite solar modules“学术论文。本文由南京航空航天大学、西北理工大学、瑞典林雪平大学等5个单位共同完成。西北理工大学化学与化工学院教授孔杰团队副教授石文达是该论文的第一位共同作者。

钙钛矿太阳能电池(PSCs)认证功率转换效率(PCE)在过去的十年里，它迅速上升到27%，接近商业硅基太阳能电池的水平。与晶体硅电池相比，其制造成本预计将降低约50%。然而，电池技术的长期运行稳定性尚未满足光伏产品的应用要求，成为其商业化的主要瓶颈。这一挑战在工业太阳能部件的应用领域尤为严峻。目前，大部分研究都集中在实验室级电池在恒定室内光照下的老化行为上。为了实现钙钛矿技术的商业化，迫切需要解决工业级钙钛矿模块问题(PSMs)户外环境的稳定性问题。

团队在前期工作(Science 385, 433–438, 2024年提出的气相氟化技术显著提高了钙钛矿模块的室内稳定性，但工业放大应用受到其对专业设备的依赖、成本高、工艺复杂等挑战的制约。为了解决这一问题，本文深入研究了模块在户外环境中的下降机制，发现其性能下降与碘离子的不可逆转移密切相关。基于此机制，本文开发了更绿色、低成本、设备友好的“气相辅助表面重构”技术，可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，实现离子不可逆转移的抑制。该方法在提高模块室外稳定性的同时，具有较强的工艺兼容性和明显的成本优势，成功解决了钙钛矿光伏“实验室-生产线-室外”全链稳定性瓶颈，促进了技术的大规模应用。

钙钛矿太阳能电池通过气相辅助表面重构，在效率和稳定性上实现了双重提高:0.16cm2单电池效率达到25.3%;785cm2模块效率为19.6%。加速光/暗循环老化试验表明，T80模块的使用寿命可达2478次，相当于6.7年左右的运行时间，创造了钙钛矿模块稳定性最高的记录。

在高温高湿环境与商用晶体硅电池的户外比较中，钙钛矿模块表现出相当甚至更好的稳定性，特别是在高温条件下，其较低的温度系数带来了更强的功率维持能力，验证了其实际应用潜力。机制研究表明，表面重构显著抑制了碘离子向界面的转移，增强了结构的致密性和界面均匀性，从而提高了薄膜的可逆恢复性和整体环境稳定性。