【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】 近日，南開大學(xué)李躍龍研究員團隊參與的反式鈣鈦礦太陽電池研究取得關(guān)鍵機制突破與性能進展。聯(lián)合團隊首次系統(tǒng)厘清了反式鈣鈦礦電池濕法成膜中的濕界面氧化還原反應(yīng)機制，并通過引入共軛酰肼類(Hz)添加劑，阻斷有害反應(yīng)并重構(gòu)界面反應(yīng)路徑，實現(xiàn)了從小面積電池到平方米級組件的性能提升。成果論文“Redirecting wet–interfacial redox pathways for efficient inverted perovskite solar cells”于8月20日在線發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《Science》。
 

　　鈣鈦礦太陽電池具有高效率、低成本和可柔性制備等優(yōu)勢，是下一代光伏技術(shù)的重要發(fā)展方向。其中，咔唑基膦酸類自組裝分子層(SAMs)材料可在電極與鈣鈦礦吸光層之間形成超薄界面，改善載流子傳輸，但在濕法成膜過程中也可能引發(fā)副反應(yīng)，影響器件性能和大面積規(guī)�；苽�。由于相關(guān)反應(yīng)發(fā)生在鈣鈦礦結(jié)晶的動態(tài)過程中，其具體機制尚未得到系統(tǒng)厘清。
 

　　通過一系列實驗，聯(lián)合團隊首次揭示反式鈣鈦礦電池濕法成膜中的濕界面氧化還原反應(yīng)機制：當前主流的咔唑基膦酸材料衍生的游離質(zhì)子會激活鈣鈦礦前驅(qū)體中的二甲基亞砜(DMSO)，顯著加速鈣鈦礦中碘離子的氧化，生成具有強反應(yīng)活性的碘氧化物以及溶劑復(fù)合物。這些有害副產(chǎn)物會在結(jié)晶過程中被引入薄膜埋底界面，造成晶格畸變、深能級缺陷增多與非輻射復(fù)合加劇，從而限制器件效率和長期穩(wěn)定性。
 

　　進一步研究發(fā)現(xiàn)，這一副反應(yīng)的發(fā)生速率與涂布、退火工藝窗口高度重疊。這意味著在實驗室小面積器件制備過程中隱藏的界面副反應(yīng)，一旦進入大面積制備，可能隨著工藝放大進一步影響器件性能。
 

　　基于上述機制，團隊定向設(shè)計了與咔唑基膦酸材料化學(xué)匹配的共軛酰肼類(Hz)添加劑，通過“源頭阻遏+路徑重定向”實現(xiàn)精準調(diào)控。一方面Hz捕獲游離質(zhì)子，阻斷DMSO誘發(fā)的氧化路徑，有效減少碘相關(guān)缺陷形成；另一方面質(zhì)子化的Hz巧妙將反應(yīng)重定向為生成穩(wěn)定的酰肼-甲脒(Hz-FA)復(fù)合物的路徑，優(yōu)化界面能級匹配，顯著提升空穴抽取效率，同步實現(xiàn)缺陷鈍化與電荷傳輸增強。
 

　　基于該策略，聯(lián)合團隊實現(xiàn)了器件性能的全面躍升。實驗室小面積電池(0.06 cm2)最高光電轉(zhuǎn)換效率達27.7%，經(jīng)第三方認證穩(wěn)態(tài)效率為27.37%；在1 m×2 m(有效面積2.0 m2)產(chǎn)業(yè)級大面積組件上實現(xiàn)20.1%的轉(zhuǎn)換效率，展現(xiàn)出優(yōu)異的規(guī)模化適配性。器件穩(wěn)定性同樣表現(xiàn)突出，85℃氮氣環(huán)境下最大功率點跟蹤的T95壽命約2000小時，85℃、85%相對濕度條件下T95壽命約1500小時。
 

　　李躍龍研究員團隊深度參與了數(shù)據(jù)分析，機制解析等工作，并積極協(xié)調(diào)和指導(dǎo)產(chǎn)線進行大面積組件的工藝開發(fā)與性能驗證，為研究成果向規(guī)�；苽溲由焯峁┝酥匾巍�
 

　　“對于鈣鈦礦太陽電池而言，實驗室器件和大面積組件面對的問題并不完全相同，因此需要把機制研究、材料設(shè)計和產(chǎn)線驗證結(jié)合起來，形成產(chǎn)學(xué)研聯(lián)動機制。”李躍龍談道，“該工作通過精準調(diào)控成膜過程中的界面化學(xué)反應(yīng)，可以減少制造過程中產(chǎn)生的“隱性損傷”，從而為提高大面積鈣鈦礦薄膜制備質(zhì)量、拓寬規(guī)�；a(chǎn)工藝窗口提供新的技術(shù)路徑。”
 

　　南開大學(xué)李躍龍研究員與香港科技大學(xué)(廣州)研究助理梁政博士、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)劉博源博士、成均館大學(xué)張亞蘭博士和上海交通大學(xué)楊熠教授為論文的共同第一作者。香港科技大學(xué)(廣州)章勇教授與韓國成均館大學(xué)Nam-Gyu Park教授、寧德時代朱琛博士、上海交通大學(xué)劉成教授為論文的共同通訊作者。
 

　　該研究獲得寧德時代新能源科技股份有限公司等機構(gòu)的資金支持。
 

　　引用：見刊Science 南開學(xué)者聯(lián)合揭示鈣鈦礦電池界面副反應(yīng)機制-綜合新聞-南開大學(xué)【引用時間：2026年8月25日】