南京航天大学研发新技术实现钙钛矿太阳能电池户外稳定性提升

近日，南京航空航天大学的郭万林教授及其团队在钙钛矿太阳能电池的研究领域取得了重大突破，成功开发了一种名为“气相辅助表面重构”的新技术。这一技术显著提高了钙钛矿太阳能电池在户外环境中的稳定性，标志着钙钛矿光伏产业化进程中的一个重要里程碑。

根据最新消息，该校研究小组在2024年7月首次实现了大面积钙钛矿太阳能电池均匀稳定化的气相氟化技术，而此次的气相辅助表面重构技术则是在此基础上的进一步创新。新方法以更加环保和经济的方式，抑制了钙钛矿模组在户外环境中的不可逆退化，为探究钙钛矿光伏技术的长期应用提供了坚实基础。

钙钛矿太阳能电池因其在低温下制备和较高的光电转换效率而受到广泛关注。目前，单晶硅电池是市场上最主要的太阳能产品，尽管它具有良好的稳定性，但因其制造工艺复杂、成本高昂，推动了对钙钛矿电池的研究。钙钛矿太阳能电池的生产温度可控制在140摄氏度以下，且通过旋涂、刮涂等液相法易于实现高质量小面积电池的制造。尽管小面积金属卤化物钙钛矿太阳能电池已在光电转换效率上达到27%的优异表现，但在长期稳定性方面，特别是大面积模组的应用上，仍显不足。

郭万林教授的研究团队在这一领域前瞻性地开发了气相后处理法，该法为钙钛矿电池模组的制备提供了新思路，克服了长效稳定性方面的技术难题。这项技术的核心在于利用气相沉积多齿配体实现钙钛矿表面的原位重构，从而有效隔离缺陷富集的表面区域，抑制离子的不可逆迁移。这种创新不仅阐明了导致器件性能衰退的离子迁移问题，同时也在钙钛矿电池上实现了与硅太阳能电池相当的户外稳定性。

根据实验数据，通过气相辅助表面重构技术处理后的太阳能电池，其0.16cm²单元电池和785cm²太阳能模组的光电转换效率（PCE）分别达到了25.3%和19.6%。经光/暗循环加速老化测试，模组的预计T80寿命（即效率下降至初始效率的80%所需的循环次数）达到2478次，相当于在25℃的环境下循环运行超过6.7年，使其成为已报道中最具稳定性的钙钛矿模组。

为了进一步验证钙钛矿模组在户外的稳定性，研究小组将其与商用晶硅太阳能电池进行对比试验。在高温高湿的夏季条件下，产业级钙钛矿模组展现出了与商用晶硅电池相当的稳定性。由于钙钛矿电池较低的温度系数，它在高温条件下的功率保持率更优于晶硅太阳能电池，这为钙钛矿电池在实际应用中提供了更多可能性。

为了解决稳定性提升的原因，团队还在光/暗循环条件下分析了钙钛矿薄膜的表面形貌演变和元素分布情况。结果表明，通过气相辅助表面重构处理的薄膜展现出更强的可逆恢复行为，这证明了该技术有效阻断了碘离子向电子传输层的不可逆迁移路径，进一步维护了界面结构的均匀性和致密性，从根本上提升了材料的稳定性。

南京航天大学的研究团队在钙钛矿太阳能电池研发领域的创新，为解决光伏产品稳定性问题提供了新的思路和方向。随着这一技术的进一步成熟和推广，钙钛矿光伏技术在未来的规模化应用将变得更加可能，或将为全球可再生能源的发展注入新的活力与希望。帮助推动清洁能源的使用，对环境保护和可持续发展具有重要意义。

参考文献：[科学期刊链接](https://www.science.org/doi/10.1126/science.adv4280)