01[選題背景]

當前，鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）認證功率轉(zhuǎn)換效率（PCE）接近商用硅基太陽能電池水平的高達27%。PSCs的制造成本相對較低，估計大約是晶體硅基太陽能電池成本的一半。所以，PSCs具有很大的應(yīng)用價值。但是，PSCs的長期運行穩(wěn)定性還沒有達到光伏產(chǎn)品的重要要求，對商業(yè)化提出了挑戰(zhàn)。尤其對工業(yè)太陽能模塊而言，這一問題尤為明顯，實現(xiàn)可擴展穩(wěn)定仍是一項艱巨的任務(wù)。另外，大多數(shù)研究都集中在PSCs在恒定室內(nèi)光照條件下的長期老化行為上。但是，PSCs在實際運行過程中會經(jīng)歷明暗循環(huán)，造成循環(huán)運行過程中可逆性和不可逆性的損失。由于鈣鈦礦固有的軟離子晶體結(jié)構(gòu)使其離子鍵相對較弱，因此在鈣鈦礦晶格中很容易形成離子缺陷。另外，離子遷移所需的低活化可以使這些缺陷在操作條件下易于移動，最終影響設(shè)備的壽命。所以，在這項技術(shù)商業(yè)化之前，處理工業(yè)規(guī)模鈣鈦礦太陽能模塊（PSM）戶外穩(wěn)定尤為重要。

02[創(chuàng)新成果]

南京航空航天大學郭萬林教授、趙曉明教授基于上述問題，聯(lián)合在Science上發(fā)表了題為“Vapor-assisted surface reconstruction enables outdoor-stable perovskite solar modules”的論文，報告開發(fā)了一種蒸汽輔助表面重建策略，利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，解決其穩(wěn)定性問題。在光暗循環(huán)期間，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(diào)節(jié)離子遷移的動力學。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(diào)節(jié)光暗循環(huán)期間離子遷移的動力學。研究人員制造的785 19.6%的PCE完成了Cm2工業(yè)規(guī)模鈣鈦礦太陽能模塊，開發(fā)的PSCs模塊顯示出強化的日間穩(wěn)定性，即使在50?！阍贑下101次明暗循環(huán)之后，也可以保持其初始PCE的97%以上。此外，在極端的夏季條件下，鈣鈦礦模塊進行了45天的戶外運行測試，保持了穩(wěn)定的功率輸出，表現(xiàn)出與參考硅電池相當?shù)姆€(wěn)定性。

03[圖文分析]

圖1 鈣鈦礦表面八面體隔離 ? 2025 AAAS

圖2 設(shè)備性能和穩(wěn)定性 ? 2025 AAAS

圖3 長時間的室外穩(wěn)定性 ? 2025 AAAS

圖4 降解機制 ? 2025 AAAS

04[科學啟發(fā)]

綜上所述，本研究開發(fā)了一種蒸汽輔助表面重建策略，實現(xiàn)了工業(yè)規(guī)模鈣鈦礦太陽能模塊的對稱穩(wěn)定。在光循環(huán)過程中，隔離表面八面體能有效地抑制碘離子轉(zhuǎn)移到電荷傳輸層，減少表面離子缺陷，最大限度地減少不可逆的老化。基于此，經(jīng)過12小時光照-12小時黑暗循環(huán)，本研究的隔離太陽能模塊在25℃環(huán)境下使用了6.7年以上(即在特定條件下達到的最低性能水平)。盡管隨著不斷的測試，這里沒有考慮的其它衰退方法也有可能出現(xiàn)。在相對極端的戶外夏季環(huán)境下，制備的隔離模塊在一夜之間表現(xiàn)出可逆的性能恢復(fù)，表現(xiàn)出與商用硅太陽能電池相當?shù)氖彝夥€(wěn)定性，這表明它們可能符合工業(yè)標準。這項研究發(fā)現(xiàn)，不僅增強了對移動離子缺陷的機理理解，導(dǎo)致不可逆器件退化，而且促進了鈣鈦礦器件的發(fā)展，以滿足實際應(yīng)用需求。

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原標題：由教授領(lǐng)導(dǎo)的《復(fù)材信息》，南京航空航天大學Sciencencence 1！》

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