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消息，该校郭万林、赵晓明教授团队(tuánduì)近日成功揭示钙钛矿光伏电池的老化机制，提出一套低成本(dīchéngběn)延长电池寿命的解决方案，有望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(zhǔliú)学术期刊《科学》在线发表(fābiǎo)。 赵晓明介绍，钙钛矿是下一代光伏技术的重点候选材料，我国在(zài)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(shuǐpíng)。但要让钙钛矿走出(zǒuchū)实验室、走上生产线，真正为市场所接受，还需攻克(gōngkè)大尺寸钙钛矿光伏电池转化效率低、寿命短等难题(nántí)。 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(gàitàikuàng)光伏电池制备工艺。（南京航空航天大学(nánjīnghángkōnghángtiāndàxué)供图） 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(diànchí)的寿命。郭万林、赵晓明团队曾开发出一种气相(qìxiāng)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(yōuhuà)技术方案，还得弄清楚效率衰减的本质是什么。”赵晓明说，团队发现，随着昼夜交替(jiāotì)，钙钛矿光伏电池(diànchí)的转化效率表现出一种“可逆(kěnì)式衰减”——白天损失掉的效率，经过一晚上的“休息”，次日清晨竟会部分恢复。 “就好比一个人，前一天再累，晚上(shàng)睡一觉，第二天又有精神了。”论文第一作者孙向楠告诉(gàosù)记者，深入研究发现，这个现象背后是碘离子在作祟——白天在阳光照射下，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(shuāijiǎn)。 如果碘(diǎn)离子(lízi)只是在钙钛矿层运动，到(dào)了晚上，已衰减的效率还会自动修复。一旦它们跑到了电荷传输层或电极，就再也回不到钙钛矿层了，这部分效率也会永久丢失。 找到了症结，团队针对性地(dì)开发出“气相辅助表面重构”技术，在钙钛矿薄膜表面设置了一个个(yígègè)细密的隔离舱，把那些(nàxiē)“调皮捣蛋”的碘离子约束在舱内，限制它们的活动范围。 2025年3月(yuè)27日，郭万林（左三）与赵晓明（右一(yòuyī)）等团队成员商讨优化方案。（南京航空航天大学供图） 实验数据显示，一块面积达785平方厘米、经过表面(biǎomiàn)重构技术处理的大尺寸钙钛矿光伏电池(diànchí)，在50℃的环境下经受(jīngshòu)了101次模拟昼夜交替，转化效率仅损失3%。 “相当于能够在户外稳定工作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(jīngguī)电池共同接受夏季45天(tiān)高温高湿环境和冬季(dōngjì)18天低温环境的考验，结果，钙钛矿电池在两种环境中的寿命均优于晶硅电池。 更(gèng)重要的是，新技术能够兼容现有光伏生产线，有效控制改造成本。 郭万林(guōwànlín)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)了钙钛矿光伏电池光电转化效率不可逆(kěnì)衰减的原因(yuányīn)，更破解了大尺寸钙钛矿光伏技术产业化落地的关键堵点。目前(mùqián)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。