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據(jù)南京航空航天大學(xué)今日消息，該校國(guó)際前沿科學(xué)研究院郭萬(wàn)林教授和趙曉明教授團(tuán)隊(duì)繼 2024 年 7 月開(kāi)發(fā)氣相氟化技術(shù)實(shí)現(xiàn)大面積鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的均勻穩(wěn)定化后，于 2025 年 5 月 30 日再次在《Science》發(fā)表最新成果“Vapor-assisted surface reconstruction enables outdoor-stable perovskite solar modules”。 該團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了更綠色、更具經(jīng)濟(jì)性的氣相輔助表面重構(gòu)技術(shù)，抑制了產(chǎn)業(yè)級(jí)鈣鈦礦模組在戶外環(huán)境下的不可逆退化，在 30 cm × 30 cm 鈣鈦礦模組中首次實(shí)現(xiàn)與商用晶硅太陽(yáng)能電池相當(dāng)?shù)膽敉膺\(yùn)行穩(wěn)定性。 兩項(xiàng)研究形成技術(shù)閉環(huán)，系統(tǒng)性攻克鈣鈦礦光伏產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中“實(shí)驗(yàn)室-產(chǎn)線-戶外”全鏈條穩(wěn)定性難題，相關(guān)技術(shù)已申請(qǐng)專利。 
郭萬(wàn)林教授團(tuán)隊(duì)提出了一種通過(guò)功能材料與水的相互作用，將水中蘊(yùn)藏的能量直接轉(zhuǎn)換為電能的水伏效應(yīng)，開(kāi)創(chuàng)了利用太陽(yáng)光熱的新方法。近期，該團(tuán)隊(duì)在水伏光伏結(jié)合領(lǐng)域積極探索，針對(duì)鈣鈦礦電池研究向商業(yè)化應(yīng)用的大面積長(zhǎng)效穩(wěn)定要求的挑戰(zhàn)，開(kāi)發(fā)了氣相后處理法，使制備大面積高質(zhì)量的鈣鈦礦電池模組成為可能，取得了里程碑式的突破。 單晶硅太陽(yáng)能電池是目前主要的太陽(yáng)能產(chǎn)品，由沙子制成晶硅需要 1200 攝氏度的高溫等復(fù)雜制造過(guò)程，也因此特別穩(wěn)定。金屬鹵化物鈣鈦礦太陽(yáng)能電池制備可在約 140 攝氏度以下溫度制備，但主要使用旋涂、刮涂等工藝和液相法穩(wěn)定化處理。這些制備工藝制備高質(zhì)量小面積的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池相對(duì)容易，小面積 (<0.1 cm2) 金屬鹵化物鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)達(dá)到 27%，與商用硅電池相當(dāng)。然而，它們的長(zhǎng)期運(yùn)行穩(wěn)定性尚未滿足光伏產(chǎn)品的要求，尤其是對(duì)產(chǎn)業(yè)級(jí)大面積的鈣鈦礦模組來(lái)說(shuō)，其壽命遠(yuǎn)低于商用晶硅太陽(yáng)能電池，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池從實(shí)驗(yàn)室走向市場(chǎng)仍任重道遠(yuǎn)。 該團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出更綠色、更具經(jīng)濟(jì)性的“氣相輔助表面重構(gòu)”技術(shù)，相較于前代氣相氟化技術(shù)，新方法無(wú)需專用設(shè)備，僅通過(guò)氣相沉積多齒配體即可實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦表面結(jié)構(gòu)的原位重構(gòu)，隔離缺陷富集的表面單元，實(shí)現(xiàn)離子不可逆遷移的抑制。 這項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)不僅闡明了不可逆離子遷移是導(dǎo)致器件性能永久衰退的本質(zhì)原因，更通過(guò)抑制該過(guò)程首次在鈣鈦礦電池上實(shí)現(xiàn)了與硅太陽(yáng)能電池比肩的戶外穩(wěn)定性，同時(shí)工藝成本較前代技術(shù)大幅下降，且完全兼容現(xiàn)有光伏產(chǎn)線設(shè)備體系，為鈣鈦礦光伏技術(shù)的規(guī)�；瘧�(yīng)用掃清了關(guān)鍵障礙，標(biāo)志著該領(lǐng)域從實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)新向產(chǎn)業(yè)化落地邁出了里程碑式的一步。
經(jīng)過(guò)氣相輔助表面重構(gòu)的太陽(yáng)能電池實(shí)現(xiàn)了更高的光電轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性。0.16cm2 單元電池和 785cm2 太陽(yáng)能模組的 PCE 分別為 25.3% 和 19.6%。光 / 暗循環(huán)加速老化測(cè)試結(jié)果表明，模組的預(yù)計(jì) T80 壽命（效率下降至初始效率的 80% 所需的時(shí)間）達(dá)到 2478 次循環(huán)（等效于 25℃ 環(huán)境下循環(huán)運(yùn)行超過(guò) 6.7 年），為報(bào)道中最具穩(wěn)定性的鈣鈦礦模組。
為了進(jìn)一步考察鈣鈦礦模組的戶外穩(wěn)定性，在高溫高濕的夏季將鈣鈦礦模組和商用晶硅太陽(yáng)能電池一起對(duì)比，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)級(jí)鈣鈦礦模組展示出與商用晶硅太陽(yáng)能電池相當(dāng)?shù)姆�(wěn)定性。并且由于鈣鈦礦電池較低的溫度系數(shù)，其在高溫條件下的功率保持率甚至優(yōu)于晶硅太陽(yáng)能電池，證明了鈣鈦礦太陽(yáng)能電池實(shí)際應(yīng)用的可能性。
為了探究穩(wěn)定性提升的背后機(jī)制，通過(guò)在光 / 暗循環(huán)條件下分析鈣鈦礦薄膜表面形貌演變和元素分布情況，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)氣相輔助表面重構(gòu)的薄膜展現(xiàn)出更強(qiáng)的可逆恢復(fù)行為，證實(shí)氣相輔助表面重構(gòu)有效阻斷了碘離子向電子傳輸層的不可逆遷移路徑，維持了界面結(jié)構(gòu)的均勻性與致密性，從而顯著提升了材料穩(wěn)定性。
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