大面积长效稳定钙钛矿电池研制获里程碑式突破

日前，中国科学院院士、南京航空航天大学教授郭万林等人发明了一种全新的基于气相的钙钛矿处理方法，不仅突破了过去液相法难以均匀处理大面积器件的瓶颈，还显著提升了电池的效率和稳定性。利用这种方法，他们研制出面积超过200平方厘米、效率超过18%、持续运行寿命超过4万小时的钙钛矿电池。相关研究论文发表于《科学》。

当前，小于0.1平方厘米的小面积金属卤化物钙钛矿太阳能电池(PSC)的光电转换效率已经超过26%，接近基于硅的商业技术水平。然而，PSC面临长期运行稳定性不足的难题。为此，科学家采用液相处理等方法来钝化钙钛矿材料表面缺陷，抑制材料在运行环境下的老化，从而研制出数千小时稳定运行的太阳能电池。但是此类器件的尺寸仅为数平方厘米，无法满足商业化需求。

如何在保持高效率的前提下研制出大面积长效稳定的PSC，依然是重大挑战。

通用的基于溶液的钙钛矿处理方法，虽然能显著提升小面积器件的效率和稳定性，但面向大面积器件时却表现不佳，主要原因是这类方法在处理大面积太阳能电池时，面临由反应速度不均带来的钝化效果不佳的局限。

鉴于此，研究团队创建了一种全新的基于气相的处理方法——气相氟蒸气处理方法，该方法能在常压下与钙钛矿表面进行大面积均匀钝化反应。与基于液相的方法不同，气相氟化处理能够在整个薄膜表面实现均匀的反应物分布，并形成稳固的化学键，抑制缺陷的形成并锚定表面附近的阴离子，进而使钙钛矿电池多个指标突破当前世界纪录。

经过气相氟化处理的太阳能电池实现了更高的光电转换效率。0.16 平方厘米单元电池和228平方厘米太阳能模组的光电转换效率分别为24.8%和18.1%，这与同类最佳性能的太阳能模组相当。

与传统溶液处理方法相比，气相氟蒸气处理实现了更均匀的表面钝化效果，使得整个薄膜能够大面积均匀展现出较长的光致发光寿命，同时显著减少了诱发材料降解的缺陷源，从而在可企及的器件区域内实现效率的一致提升和模组寿命的大幅延长。

更为特别的是，团队还创建了独特的加速老化测试方法。测试表明，气相处理太阳能模组的固有寿命达到43000±9000小时，相当于在30摄氏度的太阳光照射下连续运行超过4年。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1126/science.adn9453