长期以来，大面积制备钙钛矿太阳能电池时，钙钛矿薄膜均匀性、环保工艺与光伏组件长期运行可靠性，成为其产业化的三大瓶颈。近日，南京大学谭海仁教授团队联袂仁烁光能（苏州）有限公司，攻克了钙钛矿薄膜生产中绿色溶剂制备以及薄膜制备均匀性的难题，实现了钙钛矿光伏组件光电转换效率和组件长期运行可靠性的双重突破。12月5日，该成果刊发于国际学术期刊《科学》。
钙钛矿太阳能电池作为极具发展潜力的新一代光伏技术，以其成本低、效率高、能耗少、可柔性制备等优势，被视为推动能源结构绿色转型的重要方向。
论文的共同通讯作者、南京大学功能材料与智能制造研究院助理教授肖科介绍，要实现钙钛矿太阳能电池绿色制备，需要借助大量的助溶剂二甲基亚砜完全溶解钙钛矿前驱体。然而，大量使用二甲基亚砜，不仅容易抑制钙钛矿的成核过程，还与钙钛矿前驱体形成强配位作用，阻碍了钙钛矿的均匀结晶，最终导致薄膜界面附着力差并引发基底剥离现象。
针对这一难题，团队创新性地设计了一种由γ-戊内酯、二甲基亚砜和2-甲基四氢呋喃组成的混合绿色溶剂体系，并创新制备工艺，实现了钙钛矿光伏组件在制造中的环境友好。
大面积制备钙钛矿薄膜时，因溶剂挥发不均，易导致“边缘效应”，即薄膜边缘处结晶质量差。为突破这一瓶颈，团队创新性地提出“溶剂限制边缘保护”策略。肖科表示，团队在钙钛矿前驱体中引入十四烷基三甲基氯化铵添加剂，这如同为钙钛矿薄膜边缘穿上“防护服”，确保薄膜不同区域的溶剂挥发速度基本一致，从而使钙钛矿结晶更加均匀，提高组件量产效率。
基于上述方法，研究团队制备了0.72平方米的商用钙钛矿光伏组件。经美国可再生能源实验室认证，其稳态光电转换效率达17.2%，创下了当时的世界纪录。该组件目前已通过了德国莱茵TÜV IEC61215/61730、美国安全检测实验室、中国质量认证中心的认证和许可。
“此次研究突破了钙钛矿太阳能电池产业化的关键瓶颈，是推动其迈向商业化进程的重要一步。”肖科说，目前，该技术已由南京大学与仁烁光能（苏州）有限公司共同提交了专利申请，并在150兆瓦中试生产线上稳定运行。
论文共同通讯作者谭海仁介绍，近一年来，经过不断的工艺迭代，近期，团队在量产0.72平方米商用钙钛矿光伏组件时，将该组件的光电转换效率提升至22%，推动该组件在发电性能上趋近当前主流晶硅组件。
