我国科研人员揭开钙钛矿光伏电池的“衰老密码”

据南京航空航天大学(nánjīnghángkōnghángtiāndàxué)消息，该校郭万林、赵晓明教授团队近日成功揭示钙钛矿光伏电池的(de)老化机制，提出一套低成本延长电池寿命的解决方案(jiějuéfāngàn)，有望(yǒuwàng)加快推动下一代光伏技术产业化。相关论文近日由国际主流学术期刊《科学》在线发表。 赵晓明介绍，钙钛矿(gàitàikuàng)(gàitàikuàng)是下一代光伏技术的重点候选材料，我国在该领域的研究走在国际前列，一些小尺寸钙钛矿光伏电池的光电转化效率超过27%，达到商用晶硅光伏电池的水平。但要让钙钛矿走出实验室、走上生产线，真正为市场所接受，还需(xū)攻克大(dà)尺寸钙钛矿光伏电池转化效率低(dī)、寿命短等难题。 2025年5月30日，赵晓明（中）、孙向楠（右二）与团队成员探讨大尺寸钙钛矿光伏电池(diànchí)制备工艺。（南京航空航天大学供图(gōngtú)） 业界通常把转化效率衰减至初始状态80%所需的(de)时间，定义为光伏电池的寿命(shòumìng)。郭万林、赵晓明团队曾开发出一种(yīzhǒng)气相氟化技术，能够有效提高电池转化效率、延长寿命，但需要对现有光伏生产线大幅(dàfú)改造，增加企业负担。 “要优化技术方案，还得弄清楚效率衰减的(de)本质是什么。”赵晓明说，团队发现，随着昼夜交替，钙钛矿(gàitàikuàng)光伏电池的转化效率表现出一种(yīzhǒng)“可逆式衰减”——白天损失掉的效率，经过一晚上的“休息”，次日清晨(qīngchén)竟会部分恢复。 “就好比一个人，前一天再累，晚上睡一觉，第二天又有精神了。”论文第一作者孙向楠告诉记者，深入研究发现，这个现象背后是碘(diǎn)离子(lízi)在作祟——白天(báitiān)在阳光照射下，碘离子在钙钛矿薄膜上“跑来跑去”，导致薄膜表面出现微小缺陷，转化效率(xiàolǜ)随之衰减。 如果碘离子只是在(zài)钙钛矿层运动，到了晚上，已衰减的效率(xiàolǜ)还会自动修复。一旦它们跑到了电荷传输层或电极，就再也(zàiyě)回不到钙钛矿层了，这部分效率也会永久丢失。 找到了症结，团队针对性地开发出“气相(qìxiāng)辅助表面重构”技术，在钙钛矿薄膜表面设置了一个个细密的隔离舱，把(bǎ)那些“调皮捣蛋”的碘离子约束在舱内，限制它们(tāmen)的活动范围。 2025年3月27日，郭万林（左三）与赵晓明（右一）等团队成员商讨(shāngtǎo)优化方案。（南京航空航天大学供图(gōngtú)） 实验数据显示，一块面积达785平方厘米、经过表面重构技术处理的大尺寸钙钛矿(gàitàikuàng)光伏电池，在50℃的环境下(xià)经受了101次模拟昼夜交替，转化效率仅损失(sǔnshī)3%。 “相当于能够在户外(hùwài)稳定工作25年。”赵晓明说，为进一步测试电池(diànchí)性能，团队让钙钛矿电池和商用晶硅电池共同接受夏季45天高温高湿环境(huánjìng)和冬季18天低温环境的考验，结果，钙钛矿电池在两种环境中(zhōng)的寿命均优于晶硅电池。 更重要的是，新技术能够兼容现有光伏(guāngfú)生产线，有效控制改造成本。 郭万林表示，此次研究实现了从基础理论到成果应用的闭环，不仅阐明(chǎnmíng)了钙钛矿(gàitàikuàng)光伏电池光电转化效率不可逆衰减的原因(yuányīn)，更(gèng)破解了大尺寸钙钛矿光伏技术产业化落地(luòdì)的关键堵点。目前团队已申请10项专利，正在完善器件制备工艺和材料体系，以尽快启动更大尺寸钙钛矿光伏电池的中试项目。