科技日报记者 金凤
记者13日从南京大学获悉，该校谭海仁教授课题组联合企业，开发出一种基于羧酸铅材料的表面钝化新策略，制备出0.72平方米钙钛矿光伏组件。经国际权威第三方机构测试认证，该组件的光电转换效率达22.0%，刷新世界纪录。在大型地面电站实证运行中，该钙钛矿组件的单位发电量优于同场址的晶硅组件。研究成果12日在线发表于国际学术期刊《自然》。
钙钛矿太阳能电池被视为最具潜力的下一代光伏技术。而表面钝化技术是支撑这一技术的核心方法之一。
论文共同通讯作者、南大教授谭海仁介绍，目前，铵基卤化物是该领域应用最广泛的表面钝化材料，然而，这类材料通常需在惰性气体中操作，难以适应大规模生产所要求的开放环境。同时，其钝化效果高度依赖于钙钛矿薄膜的表面性质，在大面积制备中实现均匀覆盖面临严峻挑战。
为突破钙钛矿薄膜的表面钝化技术瓶颈，团队开发出一种“有机盐上浮”技术。论文共同通讯作者、南大助理教授肖科表示，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。
在此基础上，团队进一步采用有机铅盐对薄膜进行表面处理。“羧酸铅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。”论文第一作者、南大现代工程与应用科学学院2023级博士生徐冬冬解释。
基于上述技术路线，研究团队制备了1.2米×0.6米的商业尺寸组件，经国际权威第三方机构测试认证，该组件光电转换效率达22.0%，稳态输出功率158.4瓦，创下平米级钙钛矿组件的最高效率纪录。
此外，研究团队在同一个大型地面电站内开展了对比监测。数据显示，钙钛矿光伏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%。“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。”谭海仁说。
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