科研学术

近日，我校光电科学与工程学院李世彬教授团队在《自然·通讯》（Nature Communications）上表了题为“Scalable preparation of perovskite films with homogeneous structure via immobilizing strategy for high-performance solar modules”的论文。该论文报道了狭缝涂布工艺制备大面积钙钛矿薄膜，通过调控钙钛矿前驱体溶液，实现了均相结构钙钛矿薄膜的规模化制备，提升了大面积薄膜的均一性，为高效率、高稳定性钙钛矿光伏模组的产业化制备提供了新的技术路线。光电学院博士后袁世豪为论文的第一作者，李世彬教授、张婷副教授为该论文的通讯作者。

均相结构钙钛矿薄膜的可规模化制备，是解决大面积光伏模组与实验室电池光电转换效率差距的关键技术。针对均相结构可规模化制备难题，开展了狭缝涂布工艺过程中，组分锚定对钙钛矿薄膜结晶动力学机理研究。在空气环境下制备了具有大尺寸、单分子层结构晶粒的均相结构大面积钙钛矿薄膜，显著提升了钙钛矿光伏模组的效率及稳定性。

该研究利用PZ添加剂对钙钛矿组分的锚定效应，增强了钙钛矿溶液中胶体电双层（EDL）的稳定性，避免了团聚形成的大尺寸胶体（＞1000 nm），增强了溶液中胶体尺寸分布的均一性（图1a）。一方面，溶液胶体尺寸分布均一性的提高，确保了钙钛矿组分在湿膜中的均匀分布，提高了大面积钙钛矿薄膜的相均一性（图1b）；另一方面（图1c），溶液中大尺寸胶体（具有较小的成核能）的减少，可以显著增强湿膜在空气中的稳定性，降低成核位点，延缓了钙钛矿薄膜在退火过程中的结晶速率，优化了上层及下层结晶速率的一致性，从而得到了具有均相结构的大面积钙钛矿薄膜（图1d）。

图1 PZ添加剂的锚定效应对钙钛矿均一性、结晶过程及形貌的影响

大面积均相结构的钙钛矿薄膜制备，还显著降低薄膜的晶界缺陷，增强薄膜的光电性能及稳定性。如图2所示，基于此策略，在10 cm×10 cm的光伏模组（光圈面积，56.5 cm2）上获得了21.5%的光电转化效率（第三方认证效率为20.3%），位于目前报道大面积钙钛矿光伏模组的最高效率之列。光伏模组的工作稳定性也显著提升，在1个太阳光下连续工作1000 h后仍能保持初始效率的94%。

图2 模组效率及稳定性

该研究与巴黎文理研究大学Thierry Pauporté教授、郑达明博士，广州大学王亚飞副教授，成都信息工程大学青年教师郑华琳博士，中国计量大学张鹏副教授进行了合作；该工作得到了国家自然科学基金（62104028, 62174021, 62104219），四川省科技厅创新群体（2023NSFSC1973），广州市科技计划（2023A04J1726, 2023A03J0124），四川省科技计划项目（MZGC20230008），四川省自然科学基金 （2022NSFSC0899），中国博士后科学基金（2021M700689），浙江省自然科学基金 （LY22F040002），四川恒立聚能光电科技有限公司等的大力支持。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-57303-w