低成本气相技术破解钙钛矿光伏全链条稳定性瓶颈
近日，《科学》（Science）杂志官网刊登了题为“Vapor-assisted surface reconstruction enables outdoor-stable perovskite solar modules”的学术论文。该论文由南京航空航天大学、西北工业大学、瑞典林雪平大学等5家单位携手完成。西北工业大学化学与化工学院教授孔杰团队的副教授石文达为论文共同第一作者。
气相三联吡啶辅助界面重构。均由西北工业大学供图
钙钛矿太阳能电池（PSCs）认证功率转换效率（PCE）在过去十年中迅速提升至27%，已接近商业化硅基太阳能电池的水平。其制造成本预计可比晶体硅电池降低约50%。然而，该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。这一挑战在产业级太阳能组件应用场景下尤为严峻。当前研究大多集中在实验室级别电池在恒定室内光照下的老化行为，而要实现钙钛矿技术的商业化，亟待解决产业级钙钛矿模组（PSMs）在户外环境中的稳定性问题。
器件性能及稳定性
团队在前期工作（Science 385, 433–438, 2024）中提出的气相氟化技术显著提升了钙钛矿模组的室内稳定性，但产业化放大应用受限于其对专用设备的依赖，成本高、工艺复杂等挑战。为解决这一问题，论文深入研究模组在户外环境下的退化机理，发现其性能衰退与碘离子的不可逆迁移密切相关。基于这一机制，该论文开发出更绿色、低成本、设备友好的“气相辅助表面重构”技术，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。该方法在提升模组户外稳定性的同时，工艺兼容性强、成本优势明显，成功破解了钙钛矿光伏“实验室—产线—户外”全链条稳定性瓶颈，推动技术走向规模化应用。
钙钛矿模组室外长期稳定性
经过气相辅助表面重构处理的钙钛矿太阳能电池在效率与稳定性上实现双重提升：0.16?cm2的单电池效率达25.3%；785?cm2模组效率达19.6%。加速光/暗循环老化测试显示，模组T80寿命可达2478次循环，折合约6.7年运行时间，创下目前报道的钙钛矿模组稳定性最高纪录。
钙钛矿模组界面相关表征
在高温高湿环境下与商用晶硅电池的户外对比中，钙钛矿模组展现出相当甚至更优的稳定性，特别是在高温条件下，其更低的温度系数带来了更强的功率保持能力，验证了其实际应用潜力。机理研究表明，表面重构显著抑制了碘离子向界面迁移，增强了结构致密性和界面均匀性，从而提升了薄膜的可逆恢复能力和整体环境稳定性。
相关论文信息：https://doi.org/10.1126/science.adv4280
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