近日，《科學》（Science）雜志官網刊登了題為“Vapor-assisted surface reconstruction enables outdoor-stable perovskite solar modules”的學術論文。該論文由南京航空航天大學、西北工業大學、瑞典林雪平大學等5家單位攜手完成。西北工業大學化學與化工學院教授孔杰團隊的副教授石文達為論文共同第一作者。
氣相三聯吡啶輔助界面重構。均由西北工業大學供圖
鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）認證功率轉換效率（PCE）在過去十年中迅速提升至27%，已接近商業化硅基太陽能電池的水平。其制造成本預計可比晶體硅電池降低約50%。然而，該電池技術的長期運行穩定性尚未滿足光伏產品的應用要求，成為其商業化的主要瓶頸。這一挑戰在產業級太陽能組件應用場景下尤為嚴峻。當前研究大多集中在實驗室級別電池在恒定室內光照下的老化行為，而要實現鈣鈦礦技術的商業化，亟待解決產業級鈣鈦礦模組（PSMs）在戶外環境中的穩定性問題。
器件性能及穩定性
團隊在前期工作（Science 385, 433–438, 2024）中提出的氣相氟化技術顯著提升了鈣鈦礦模組的室內穩定性，但產業化放大應用受限于其對專用設備的依賴，成本高、工藝復雜等挑戰。為解決這一問題，論文深入研究模組在戶外環境下的退化機理，發現其性能衰退與碘離子的不可逆遷移密切相關。基于這一機制，該論文開發出更綠色、低成本、設備友好的“氣相輔助表面重構”技術，通過氣相沉積多齒配體即可實現鈣鈦礦表面結構的原位重構，隔離缺陷富集的表面單元，實現離子不可逆遷移的抑制。該方法在提升模組戶外穩定性的同時，工藝兼容性強、成本優勢明顯，成功破解了鈣鈦礦光伏“實驗室—產線—戶外”全鏈條穩定性瓶頸，推動技術走向規模化應用。
鈣鈦礦模組室外長期穩定性
經過氣相輔助表面重構處理的鈣鈦礦太陽能電池在效率與穩定性上實現雙重提升：0.16?cm2的單電池效率達25.3%；785?cm2模組效率達19.6%。加速光/暗循環老化測試顯示，模組T80壽命可達2478次循環，折合約6.7年運行時間，創下目前報道的鈣鈦礦模組穩定性最高紀錄。
鈣鈦礦模組界面相關表征
在高溫高濕環境下與商用晶硅電池的戶外對比中，鈣鈦礦模組展現出相當甚至更優的穩定性，特別是在高溫條件下，其更低的溫度系數帶來了更強的功率保持能力，驗證了其實際應用潛力。機理研究表明，表面重構顯著抑制了碘離子向界面遷移，增強了結構致密性和界面均勻性，從而提升了薄膜的可逆恢復能力和整體環境穩定性。
相關論文信息：https://doi.org/10.1126/science.adv4280
本文鏈接：低成本氣相技術破解鈣鈦礦光伏全鏈條穩定性瓶頸http://m.sq15.cn/show-11-22080-0.html
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