我国科学家突破钙钛矿太阳能电池稳定性难题 产业化进程有望加速

钙钛矿太阳能电池因具备高效率、低成本和工艺灵活等优势,被视为新一代光伏技术的重要方向。

然而,走向规模化应用的关键环节之一——高温热退火制备过程,长期存在性能衰减与寿命不足等问题,成为制约其产业化落地的“瓶颈”。

问题在于,热退火是钙钛矿薄膜形成高质量晶体结构的必要步骤,类似材料烧结过程,直接决定器件的效率与一致性。

但在高温条件下,材料组分易发生迁移和挥发,导致薄膜内部产生缺陷,进而引发结构不稳定、效率下降乃至快速失效。

对产业而言,这类不稳定性不仅影响产品可靠性与认证测试,也会抬高封装、运维及全生命周期成本,削弱技术路线的综合竞争力。

研究团队通过系统研究进一步明确,高温过程中形成并不断增殖的“碘空位”缺陷,是触发材料分解与性能衰退的重要根源。

碘空位一旦出现,会在热作用下加速扩散并诱发连锁反应,造成晶体骨架局部失稳,最终演变为更大范围的结构坍塌与电学性能劣化。

以往常见的处理方式多属于退火后再进行钝化修补,且不少方案依赖溶液处理,可能带来薄膜二次损伤、工艺复杂化与一致性波动等新问题,难以满足大面积制备的稳定可控要求。

针对这一“源头性缺陷”,团队提出“固态分子压印退火”新策略:在薄膜加热结晶的同时,将功能分子以固态方式精准引入材料表面与晶界,实现“边生长边保护”。

与传统溶液钝化不同,该方法避免溶剂对薄膜的侵蚀,有助于在晶体形成早期就对关键组分进行约束和稳定,从而抑制碘空位产生与扩散,降低缺陷触发的分解风险。

研究还显示,所使用的“分子印章”具备可重复使用特性,可在一定次数内循环使用,有望降低工艺成本与材料消耗,为制造端导入提供了更现实的经济性基础。

在性能表现方面,采用该策略制备的钙钛矿太阳能电池实现效率与稳定性的同步提升。

研究显示,小面积器件与放大后的组件均取得较高功率转换效率,最高达到26.6%。

更受产业关注的是耐久性数据:在高温高湿等严苛条件下连续运行较长时间,性能保持率仍接近初始水平;在相对干燥环境中长时间放置后,效率衰减幅度也较小。

这意味着此前困扰钙钛矿技术的“高效率难以伴随长寿命”矛盾,出现了可工程化解决的新路径。

从行业发展看,光伏技术迭代正从单纯追求效率转向“效率、寿命与成本”综合最优。

钙钛矿若要形成稳定产业链,必须跨越材料可靠性、制程窗口、规模化一致性与长期运行验证等门槛。

此次成果的意义不仅在于提出新工艺,更在于把缺陷抑制前移到结晶过程,实现原位调控与保护,契合未来大面积生产对可复制、可放大的制造逻辑。

下一阶段,相关技术仍需在更大面积组件、复杂工况下长期运行、与现有生产线兼容性以及回收与环境安全等方面进一步评估与优化,同时推动标准化测试与示范应用,以加速从实验室指标走向工程化指标。

这项成果的取得标志着我国在新能源材料领域自主创新能力的进一步提升。

钙钛矿太阳能电池作为全球光伏技术的新赛道,其产业化进程直接关系到我国在能源结构优化中的竞争力。

从基础研究的突破到产业应用的可行性验证,这一技术路径的成功探索为我国光伏产业的高质量发展注入了新的动力。

随着后续研究的深入推进和工程化应用的加速推进,这一创新成果有望在不远的将来造福能源产业,为全球清洁能源的发展作出中国贡献。