💡这项突破是什么?
钙钛矿太阳能电池因其高效率、低成本、制备工艺简单等优势，被认为是极具潜力的下一代光伏技术。然而，钙钛矿电池的商业化进程一直面临着稳定性不足、大面积制备困难等关键挑战。近日，南京大学现代工程与应用科学学院谭海仁教授团队与南京大学功能材料与智能制造研究院肖科助理教授团队合作，在钙钛矿太阳能电池的稳定性提升和大面积制备方面取得重要突破，相关成果以“Stable and scalable perovskite solar cells via a robust interfacial layer”为题，于2024年10月18日在线发表于国际顶级期刊《Science》。
钙钛矿太阳能电池的商业化应用，需要解决大面积制备时薄膜均匀性差、缺陷密度高，以及电池在长期运行中稳定性不足等问题。该研究团队创新性地提出了一种“界面工程”策略，通过在钙钛矿层与电荷传输层之间引入一种新型的、具有优异化学稳定性和机械强度的界面层，有效钝化了界面缺陷，抑制了离子迁移和界面副反应，从而显著提升了电池的效率和稳定性。
图1. 新型界面层的引入及其作用机制示意图
基于此策略制备的小面积（~0.1 cm2）钙钛矿太阳能电池，在标准测试条件下（AM 1.5G, 100 mW/cm2）获得了25.8%的光电转换效率，并且表现出卓越的稳定性。在85°C、持续光照下进行加速老化测试，电池效率在1000小时后仍保持初始值的95%以上（图2）。
图2. 小面积电池的效率与稳定性测试结果
更重要的是，该界面工程策略成功应用于大面积钙钛矿组件的制备。团队与产业化合作企业仁烁光能（苏州）有限公司紧密协作，将这一技术应用于其生产线。制备的商用尺寸（1.2 m × 0.6 m）钙钛矿太阳能组件，经第三方权威机构德国莱茵TÜV认证效率达22%，再创新的世界纪录效率。
更令人振奋的是，该工艺路线下的组件户外稳定性进步更大。首次参与德国莱茵TÜV认证，仁烁光能0.72 m2（1.2 m×0.6 m）的商用尺寸组件即全面通过了包括湿热测试、热循环测试、紫外测试等在内的全序列IEC 61215/61730可靠性认证。随后，该组件又先后获得美国UL、中国产品质检中心CQC、日本JP-AC的认证或许可，充分验证该产品已全面达标国内外销售标准（图4）。组件经一年多户外实证结果显示，该工艺路线下的组件运行稳定无衰减（图5）。
图4. 组件可靠性及质量认证。（A）德国莱茵TÜV全序列IEC认证证书。（B）美国UL认证证书。（C）中国质量认证中心产品认证证书。
图5. 仁烁光能MW级钙钛矿组件示范项目及组件发电量同辐照关系
现该技术已由南京大学与合作企业仁烁光能（苏州）有限公司共同提交了专利申请，并在150 MW的中试生产线上成功稳定运行，标志着其顺利突破了从实验室到产业化制造的关键瓶颈，是迈向全面商业化进程中一个重要的里程碑。
南京大学22级博士生王银科，仁烁光能（苏州）有限公司研发总监刘晔博士和技术总监罗昕博士为论文的共同第一作者；军事科学院国防科技创新研究院常超研究员、南京大学功能材料与智能制造研究院肖科助理教授和南京大学现代工程与应用科学学院谭海仁教授为论文的共同通讯作者。本研究工作得到了国家重点研发计划、国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金、中国博士后科学基金、江苏省自然科学基金、关键地球物质循环前沿科学中心“GeoX”等多个项目的资助。
