院士領銜，南京航空航天大學Science+1！

一、【科學背景】

目前，鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）的認證功率轉換效率（PCE）高達27%，接近商用硅基太陽能電池的水平。PSCs具有相對低廉的制造成本，預計約為晶體硅基太陽能電池成本的一半。因此，PSCs極具應用前景。然而，PSCs的長期運行穩定性尚未滿足光伏產品的必要要求，對商業化提出了挑戰。尤其是對于工業化的太陽能模塊來說，這個問題尤其明顯，實現可擴展的穩定性仍然是一項艱巨的任務。此外，大多數研究都集中在實驗室規模的PSCs在恒定室內光照條件下的長期老化行為上。然而在實際運行過程中，PSCs會經歷明暗循環，導致循環操作期間可逆和不可逆的性能損失。這主要是因為鈣鈦礦固有的軟離子晶體結構使其離子鍵相對較弱，使其容易在鈣鈦礦晶格內形成離子缺陷。此外，離子遷移所需的低活化能使這些缺陷在操作條件下易于移動，最終影響設備的壽命。因此，在該技術商業化之前，解決工業規模鈣鈦礦太陽能模塊（PSM）的室外穩定性至關重要。

二、【創新成果】

基于以上難題，南京航天航空大學郭萬林院士、趙曉明教授聯合在Science上發表了題為“Vapor-assisted surface reconstruction enables outdoor-stable perovskite solar modules”的論文，報道開發了一種蒸汽輔助表面重建策略，通過使用氣相沉積的多齒配體在鈣鈦礦表面分離有缺陷的八面體來解決其穩定性難題。表面八面體隔離抑制離子遷移到電荷傳輸層，減少表面離子缺陷，調節光暗循環期間離子遷移的動力學。研究人員制造的785 cm²的工業規模鈣鈦礦太陽能模塊實現了19.6%的PCE，開發的PSCs模塊顯示出增強的日間穩定性，即使在50°C下101次明暗循環后，也能保持其初始PCE的97%以上。此外，鈣鈦礦模塊在惡劣的夏季條件下進行了45天的戶外運行測試，任然保持了穩定的功率輸出，表現出與參考硅電池相當的穩定性。

三、【圖文解析】

圖1? 鈣鈦礦表面八面體隔離 ? 2025 AAAS

圖2? 設備性能和穩定性 ? 2025 AAAS

圖3? 長期戶外穩定性 ? 2025 AAAS

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圖4? 降解機制 ? 2025 AAAS

四、【科學啟迪】

綜上，本研究開發了一種蒸汽輔助表面重建策略，實現了工業規模鈣鈦礦太陽能模塊的均勻穩定。隔離的表面八面體有效地抑制了碘離子遷移到電荷傳輸層中，減少了表面離子缺陷，最大限度地減少了光循環過程中的不可逆老化。基于此，本研究的隔離太陽能模塊在25℃條件下，經過12小時光照-12小時黑暗循環后，T₈₀壽命（即在特定條件下達到的最低性能水平）超過了6.7年。盡管隨著持續的測試，這里沒有考慮的其他退化模式可能會出現。在相對惡劣的室外夏季條件下，制備的隔離模塊在一夜之間顯示出可逆的性能恢復，并表現出與商用硅太陽能電池相當的室外穩定性，表明它們有可能滿足工業應用標準。本研究發現不僅加深對導致不可逆器件退化的移動離子缺陷的機理理解，還促進能夠滿足現實應用需求的鈣鈦礦器件的發展。

原文詳情：Vapor-assisted surface reconstruction enables outdoor-stable perovskite solar modules (Science 2025, 388, 957-963, DOI: 10.1126/science.adv4280)

本文由賽恩斯供稿。