我国学者在长效稳定钙钛矿太阳能组件研究方面取得进展
2025/06/02
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图 （A）气相氟化处理与钙钛矿反应示意图；（B）钙钛矿太阳能电池的性能均匀性提升；（C）大面积钙钛矿电池的高稳定性
在国家自然科学基金项目（批准号：T2293691、12204234、22305119）等资助下，南京航空航天大学郭万林教授团队提供了一种面向大面积钙钛矿太阳能模组的气相氟化处理方法，显著提升了钙钛矿电池的效率和稳定性（图）。相关研究成果以“气相氟化处理实现运行稳定的钙钛矿太阳能模组（Operationally stable perovskite solar modules enabled by vapor-phase fluoride treatment）”为题，于2024年7月26日发表在《科学》（Science）杂志上，论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adn9453。
小面积（<0.1 cm2）金属卤化物钙钛矿太阳能电池（PSC）的光电转换效率已经超过26%，然而PSC面临着长期运行稳定性不足的难题。为此，科学家们发展了液相处理等方法来钝化钙钛矿材料表面的缺陷。虽然液相处理法能显著提升小面积电池器件的效率和稳定性，但在制备大面积钙钛矿太阳能电池时，钝化剂和钙钛矿薄膜反应速度不均，导致薄膜钝化效果不佳。如何在保持较高的光电转化效率的前提下得到大面积长效稳定的钙钛矿太阳能电池，是一项重大技术挑战。
鉴于此，研究团队开创性地发展了一种全新的基于气相的处理方法——气相氟蒸汽处理方法，能在常压下与钙钛矿表面进行大面积均匀钝化反应。与基于液相的方法不同，气相氟化处理能够在整个薄膜表面实现均匀的反应物分布，并形成稳固的化学键，抑制缺陷的形成并锚定表面附近的阴离子，进而实现了稳定超过18%，持续运行寿命超过4万小时（等效户外运行寿命超25年），面积达到200平方厘米的钙钛矿电池，突破当前世界纪录。该工作为制备满足商业化要求的太阳能模组和器件打下了基础，推进了钙钛矿太阳能电池从基础研究到商业化应用的进程。
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