南京大学制备出认证效率 22.0% 的钙钛矿光伏组件，成果登《自然》

IT之家 8 月 13 日消息，南京大学宣布，该校肖科助理教授、谭海仁教授课题组联合仁烁光能产业化团队，开发出一种基于羧酸铅材料的表面钝化新策略，成功制备出认证效率达 22.0%（0.72m2 全面积）的钙钛矿光伏组件，并通过 IEC61215/IEC61730 全序列可靠性测试。研究成果发表于国际顶级学术期刊《自然》。钙钛矿太阳能电池凭借高效率、低成本、可溶液法制备等优势，被视为最具潜力的下一代光伏技术。经过十余年的发展，目前钙钛电池实验室效率已经可以与传统的晶体硅太阳能电池相媲美。为突破均匀钝化瓶颈，研究团队从传统有机胺盐表面钝化机制中获得启发 —— 传统方法依赖于铵基卤化物与钙钛矿表面残留的 PbI2 反应，生成低维钙钛矿或与 PbI2 配位结合，从而降低表面缺陷态密度。团队反其道而行之，提出一个全新思路：若想采用化学性质稳定的铅盐作为新型钝化材料，需预先在钙钛矿薄膜表面构建一层富含有机盐的“反应平台”。为此，研究团队首先系统探究了钙钛矿在大面积结晶过程中的表面特性，并系统比较了不同钙钛矿原材料在各类溶剂中的溶解度，结果发现，不同原料在同一溶剂中的溶解行为差异显著。基于这一发现，团队开发出一种自发的“有机盐上浮”技术。该技术采用由 2-甲氧基乙醇、1,3-二氧戊环和二甲基亚砜按特定比例混合而成的高饱和蒸气压溶剂配方，结合真空辅助结晶工艺，可在钙钛矿薄膜表面自然形成一层富含碘化甲脒的“保护基底”，为后续铅盐钝化提供了理想的反应界面。在上述碘化甲脒表面富集的钙钛矿薄膜基础上，团队进一步采用有机铅盐进行表面处理。这一方法不仅使钝化剂在大面积组件上涂布更加均匀，还显著提升了组件在潮湿、高温和持续光照环境下的运行稳定性。研究表明，羧酸铅（LCP）的钝化机制与传统铵基钝化剂截然不同。LCP 并非简单地覆盖在钙钛矿表面，而是通过化学反应与钙钛矿形成牢固的化学键合，实现了界面能级的良好匹配和更高效的电荷传输。基于上述技术路线，研究团队制备了孔径面积为 810cm² 的中试级钙钛矿组件，认证效率达到 24.0%。同时，团队进一步制备了 0.72m²（1.2m×0.6m）的商业尺寸组件，全面积认证效率达 22.0%，稳态输出功率 158.4 W，创下平米级钙钛矿组件的最高效率纪录。更令人振奋的是，该组件在可靠性方面取得了重要突破。在 85% 相对湿度 / 85°C 的湿热老化测试中，经过 1300 小时后，采用传统铵基钝化剂的组件效率下降了 39%，而采用羧酸铅钝化策略的组件仅下降 2%。在-40°C 至 85°C 的热循环测试（300 次循环）中，羧酸铅改性组件几乎无效率损失。组件通过 IEC61215/IEC61730 全序列可靠性测试，标志着钙钛矿光伏组件在商业化应用中迈出了关键一步。为验证钙钛矿组件在实际运行环境中的表现，研究团队在同一个大型地面电站内分别安装了 1MW 的钙钛矿光伏系统和 3.5MW 的晶硅（TOPCon）光伏系统，开展了为期三个月（2026 年 3 月至 5 月）的对比监测。监测数据显示，钙钛矿系统在日均单位发电量上持续优于晶硅系统。3 月、4 月和 5 月的月度单位发电增益率分别为 3.42%、3.79% 和 5.81%，且随着气温升高和光照增强，钙钛矿组件的发电优势愈发明显。这一结果充分验证了钙钛矿光伏技术在真实户外条件下的商业化可行性。IT之家附论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-026-10994-7