南京航空航天大學的國際前沿科學研究院傳來振奮人心的科研消息。郭萬林教授與趙曉明教授帶領的團隊，在鈣鈦礦太陽能電池領域取得了重大突破。繼去年成功開發(fā)氣相氟化技術后，團隊再次在《Science》期刊上發(fā)表研究成果，揭示了一種名為“氣相輔助表面重構”的新技術。

這項新技術不僅綠色環(huán)保，而且經濟高效，為產業(yè)級鈣鈦礦模組在戶外環(huán)境下的穩(wěn)定運行提供了解決方案。團隊通過這種方法，首次在30厘米×30厘米的鈣鈦礦模組上實現了與商用晶硅太陽能電池相當的戶外運行穩(wěn)定性。

郭萬林教授團隊長期致力于太陽能電池的研究，他們提出了一種全新的水伏效應，通過功能材料與水的相互作用，直接將水中的能量轉換為電能。在此基礎上，團隊進一步探索了鈣鈦礦電池向商業(yè)化應用邁進的關鍵技術，開發(fā)出氣相后處理法，使得制備大面積、高質量的鈣鈦礦電池模組成為可能。

單晶硅太陽能電池作為目前主流的太陽能產品，其制備過程復雜且需要高溫。相比之下，金屬鹵化物鈣鈦礦太陽能電池的制備溫度較低，但長期運行穩(wěn)定性一直是其商業(yè)化應用的主要障礙。盡管小面積的鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效率已經很高，但產業(yè)級大面積模組的壽命卻遠低于商用晶硅太陽能電池。

為了解決這一問題，郭萬林教授團隊開發(fā)出的“氣相輔助表面重構”技術，無需專用設備，僅通過氣相沉積多齒配體，即可實現鈣鈦礦表面結構的原位重構。這種方法有效隔離了缺陷富集的表面單元，抑制了離子的不可逆遷移，從而顯著提升了鈣鈦礦電池的穩(wěn)定性。

經過氣相輔助表面重構的鈣鈦礦太陽能電池，不僅光電轉換效率更高，而且穩(wěn)定性更強。單元電池和太陽能模組的光電轉換效率分別達到了25.3%和19.6%。在光/暗循環(huán)加速老化測試中，模組的預計T80壽命達到了2478次循環(huán)，相當于在25℃環(huán)境下循環(huán)運行超過6.7年，這是目前報道中最具穩(wěn)定性的鈣鈦礦模組。

為了進一步驗證鈣鈦礦模組的戶外穩(wěn)定性，團隊在高溫高濕的夏季進行了對比測試。結果顯示，產業(yè)級鈣鈦礦模組展示出與商用晶硅太陽能電池相當的穩(wěn)定性。由于鈣鈦礦電池具有較低的溫度系數，其在高溫條件下的功率保持率甚至優(yōu)于晶硅太陽能電池，這進一步證明了鈣鈦礦太陽能電池實際應用的可能性。

為了深入探究穩(wěn)定性提升的機制，團隊在光/暗循環(huán)條件下分析了鈣鈦礦薄膜表面形貌的演變和元素分布情況。他們發(fā)現，經過氣相輔助表面重構的薄膜展現出更強的可逆恢復行為，這證實了氣相輔助表面重構有效阻斷了碘離子向電子傳輸層的不可逆遷移路徑，從而維持了界面結構的均勻性與致密性，顯著提升了材料的穩(wěn)定性。

這一突破性成果標志著鈣鈦礦光伏技術從實驗室創(chuàng)新向產業(yè)化落地邁出了重要一步。團隊表示，他們將繼續(xù)深化研究，推動鈣鈦礦太陽能電池技術的進一步發(fā)展，為可再生能源領域貢獻更多力量。