院士领衔，南京航空航天大学Science+1！

一、【科学背景】

目前，钙钛矿太阳能电池（PSCs）的认证功率转换效率（PCE）高达27%，接近商用硅基太阳能电池的水平。PSCs具有相对低廉的制造成本，预计约为晶体硅基太阳能电池成本的一半。因此，PSCs极具应用前景。然而，PSCs的长期运行稳定性尚未满足光伏产品的必要要求，对商业化提出了挑战。尤其是对于工业化的太阳能模块来说，这个问题尤其明显，实现可扩展的稳定性仍然是一项艰巨的任务。此外，大多数研究都集中在实验室规模的PSCs在恒定室内光照条件下的长期老化行为上。然而在实际运行过程中，PSCs会经历明暗循环，导致循环操作期间可逆和不可逆的性能损失。这主要是因为钙钛矿固有的软离子晶体结构使其离子键相对较弱，使其容易在钙钛矿晶格内形成离子缺陷。此外，离子迁移所需的低活化能使这些缺陷在操作条件下易于移动，最终影响设备的寿命。因此，在该技术商业化之前，解决工业规模钙钛矿太阳能模块（PSM）的室外稳定性至关重要。

二、【创新成果】

基于以上难题，南京航天航空大学郭万林院士、赵晓明教授联合在Science上发表了题为“Vapor-assisted surface reconstruction enables outdoor-stable perovskite solar modules”的论文，报道开发了一种蒸汽辅助表面重建策略，通过使用气相沉积的多齿配体在钙钛矿表面分离有缺陷的八面体来解决其稳定性难题。表面八面体隔离抑制离子迁移到电荷传输层，减少表面离子缺陷，调节光暗循环期间离子迁移的动力学。研究人员制造的785 cm²的工业规模钙钛矿太阳能模块实现了19.6%的PCE，开发的PSCs模块显示出增强的日间稳定性，即使在50°C下101次明暗循环后，也能保持其初始PCE的97%以上。此外，钙钛矿模块在恶劣的夏季条件下进行了45天的户外运行测试，任然保持了稳定的功率输出，表现出与参考硅电池相当的稳定性。

三、【图文解析】

图1  钙钛矿表面八面体隔离 © 2025 AAAS

图2  设备性能和稳定性 © 2025 AAAS

图3  长期户外稳定性 © 2025 AAAS

图4  降解机制 © 2025 AAAS

四、【科学启迪】

综上，本研究开发了一种蒸汽辅助表面重建策略，实现了工业规模钙钛矿太阳能模块的均匀稳定。隔离的表面八面体有效地抑制了碘离子迁移到电荷传输层中，减少了表面离子缺陷，最大限度地减少了光循环过程中的不可逆老化。基于此，本研究的隔离太阳能模块在25℃条件下，经过12小时光照-12小时黑暗循环后，T₈₀寿命（即在特定条件下达到的最低性能水平）超过了6.7年。尽管随着持续的测试，这里没有考虑的其他退化模式可能会出现。在相对恶劣的室外夏季条件下，制备的隔离模块在一夜之间显示出可逆的性能恢复，并表现出与商用硅太阳能电池相当的室外稳定性，表明它们有可能满足工业应用标准。本研究发现不仅加深对导致不可逆器件退化的移动离子缺陷的机理理解，还促进能够满足现实应用需求的钙钛矿器件的发展。

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

本文由赛恩斯供稿。