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據南京航空航天大學(xué)今日消息，該校國際前沿科學(xué)研究院郭萬(wàn)林教授和趙曉明教授團隊繼 2024 年 7 月開(kāi)發(fā)氣相氟化技術(shù)實(shí)現大面積鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的均勻穩定化后，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”。 該團隊開(kāi)發(fā)了更綠色、更具經(jīng)濟性的氣相輔助表面重構技術(shù)，抑制了產(chǎn)業(yè)級鈣鈦礦模組在戶(hù)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)現與商用晶硅太陽(yáng)能電池相當的戶(hù)外運行穩定性。 兩項研究形成技術(shù)閉環(huán)，系統性攻克鈣鈦礦光伏產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中“實(shí)驗室-產(chǎn)線(xiàn)-戶(hù)外”全鏈條穩定性難題，相關(guān)技術(shù)已申請專(zhuān)利。 
郭萬(wàn)林教授團隊提出了一種通過(guò)功能材料與水的相互作用，將水中蘊藏的能量直接轉換為電能的水伏效應，開(kāi)創(chuàng )了利用太陽(yáng)光熱的新方法。近期，該團隊在水伏光伏結合領(lǐng)域積極探索，針對鈣鈦礦電池研究向商業(yè)化應用的大面積長(cháng)效穩定要求的挑戰，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 攝氏度的高溫等復雜制造過(guò)程，也因此特別穩定。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)能電池的光電轉換效率已經(jīng)達到 27%，與商用硅電池相當。然而，它們的長(cháng)期運行穩定性尚未滿(mǎn)足光伏產(chǎn)品的要求，尤其是對產(chǎn)業(yè)級大面積的鈣鈦礦模組來(lái)說(shuō)，其壽命遠低于商用晶硅太陽(yáng)能電池，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池從實(shí)驗室走向市場(chǎng)仍任重道遠。 該團隊開(kāi)發(fā)出更綠色、更具經(jīng)濟性的“氣相輔助表面重構”技術(shù)，相較于前代氣相氟化技術(shù)，新方法無(wú)需專(zhuān)用設備，僅通過(guò)氣相沉積多齒配體即可實(shí)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(shí)現離子不可逆遷移的抑制。 這項創(chuàng )新技術(shù)不僅闡明了不可逆離子遷移是導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)現了與硅太陽(yáng)能電池比肩的戶(hù)外穩定性，同時(shí)工藝成本較前代技術(shù)大幅下降，且完全兼容現有光伏產(chǎn)線(xiàn)設備體系，為鈣鈦礦光伏技術(shù)的規�；瘧脪咔辶岁P(guān)鍵障礙，標志著(zhù)該領(lǐng)域從實(shí)驗室創(chuàng )新向產(chǎn)業(yè)化落地邁出了里程碑式的一步。
經(jīng)過(guò)氣相輔助表面重構的太陽(yáng)能電池實(shí)現了更高的光電轉換效率和穩定性。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)加速老化測試結果表明，模組的預計 T80 壽命（效率下降至初始效率的 80% 所需的時(shí)間）達到 2478 次循環(huán)（等效于 25℃ 環(huán)境下循環(huán)運行超過(guò) 6.7 年），為報道中最具穩定性的鈣鈦礦模組。
為了進(jìn)一步考察鈣鈦礦模組的戶(hù)外穩定性，在高溫高濕的夏季將鈣鈦礦模組和商用晶硅太陽(yáng)能電池一起對比，發(fā)現產(chǎn)業(yè)級鈣鈦礦模組展示出與商用晶硅太陽(yáng)能電池相當的穩定性。并且由于鈣鈦礦電池較低的溫度系數，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)際應用的可能性。
為了探究穩定性提升的背后機制，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)現經(jīng)過(guò)氣相輔助表面重構的薄膜展現出更強的可逆恢復行為，證實(shí)氣相輔助表面重構有效阻斷了碘離子向電子傳輸層的不可逆遷移路徑，維持了界面結構的均勻性與致密性，從而顯著(zhù)提升了材料穩定性。
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