【瞧！我们的前沿科技】 光明日报南京6月4日电（记者崔兴毅、苏雁）加快有助于下一代光伏技术产业化，当务之急需要一套低成本延长电池寿命的解决方案。记者从南京航空航天大学分析到，中国科研院院士、南京航空航天大学国际前沿科研研究院院长郭万林和该校教授赵晓明团队近期成功揭示钙钛矿光伏电池的老化机制。这一成果有望攻克上述难题。 继2024年7月开发气相氟化技术实现大面积钙钛矿太阳能电池的均匀稳定化后，该研究团队日前再次在《科研》发表最新成果，在30厘米×30厘米钙钛矿模组中首次实现与商用晶硅太阳能电池相当的户外运行稳定性。两项研究形成技术闭环，或能系统性攻克钙钛矿光伏产业化进程中的“实验室—产线—户外”全链条稳定性难题。 现在，人类正面临气候变暖以及能源和水资源短缺的严峻挑战，探索、利用太阳光热的新途径并提升其利用能力，已成为确保人类生存和实现可持续开展的必经之路。研究团队提出了一种利用太阳光热的新方法——顺利获得功能材料与水的相互作用，将水中蕴藏的能量直接转换为电能的水伏效应。在前序研究中，该研究团队已开发出一种气相氟化技术，可实现大面积钙钛矿模组的室内长期稳定运行。 虽然该技术在产线中能显著提升模组寿命，但在转化验证时却碰到了新的难题——针对更大尺寸的钙钛矿薄膜处理，比如30厘米×30厘米产业级钙钛矿薄膜，需要在工业产线中引入专用氟化反应器，这将显著增加生产成本，降低技术方案的经济效益。为此，研究团队提出新思路：能否开发更普适、后处理更温和、成本更低的大面积模组稳定化方案？ “钙钛矿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，还需攻克大尺寸钙钛矿光伏电池转化效率低、寿命短等难题。”赵晓明表示。 带着进一步优化技术方案的目的，研究团队进行了深入研究，并在户外实测中观察到一个独特现象：钙钛矿模组在昼夜循环中呈现出有趣的“可逆衰减”行为，即模组在白天工作时会出现性能衰退，但经过夜晚的“休息”又能恢复部分性能。 “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，转化效率随之衰减。 “但如果碘离子只是在钙钛矿层运动，到了晚上，已衰减的效率还会自动修复。”孙向楠说，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，研究团队有针对性地开发出“气相辅助表面重构”技术。相较于前代气相氟化技术，新方法无需专用设备，仅顺利获得气相沉积多齿配体即可实现钙钛矿表面结构的原位重构，隔离缺陷富集的表面单元，实现离子不可逆迁移的抑制。“相当于在钙钛矿薄膜表面设置了一个个细密的隔离舱，把那些碘离子约束在舱内，限制它们的活动范围。”赵晓明解释道。 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光伏电池，在50℃的环境下经受了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，为进一步测试电池性能，研究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的寿命均优于晶硅电池。 “此次研究实现了从基础理论到成果应用的闭环，不仅阐明了钙钛矿光伏电池光电转化效率不可逆衰减的原因，更破解了大尺寸钙钛矿光伏技术产业化落地的关键堵点。”郭万林说。 值得一提的是，这一工艺成本较前代技术大幅下降，且完全兼容现有光伏产线设备体系，为钙钛矿光伏技术的规模化应用扫清了关键障碍，标志着该领域从实验室创新向产业化落地迈出重要一步。