近日，南京大學肖科助理教授、譚海仁教授課題組聯合仁爍光能產業化團隊，開發出一種基于羧酸鉛材料的表面鈍化新策略，成功制備出認證效率達22.0%（0.72m2全面積）的鈣鈦礦光伏組件，并通過IEC61215/IEC61730全序列可靠性測試；大型地面電站實證運行表明，鈣鈦礦單位發電量優于同場址的晶硅組件。研究成果以“Lead carboxylates passivation for meter-scale perovskite solar modules”（《羧酸鉛鈍化用于平米級鈣鈦礦光伏組件》，DOI: 10.1038/s41586-026-10994-7）為題，于2026年8月12日在線發表于國際頂級學術期刊《自然》。
研究背景
鈣鈦礦太陽能電池憑借高效率、低成本、可溶液法制備等優勢，被視為最具潛力的下一代光伏技術。經過十余年的發展，目前鈣鈦電池實驗室效率已經可以與傳統的晶體硅太陽能電池相媲美，而表面鈍化技術正是支撐這一跨越的核心手段之一。
目前，銨基鹵化物是該領域應用最廣泛的表面鈍化材料，在小面積器件上表現優異。然而，當器件尺寸從實驗室級別向商業化組件放大時，這類材料的局限性逐漸顯現：一方面，其對濕度高度敏感，通常需在惰性氣氛中操作，難以適應大規模生產所要求的開放環境；另一方面，其鈍化效果高度依賴于鈣鈦礦薄膜的表面性質，在大面積制備中實現均勻覆蓋面臨嚴峻挑戰。
此前，團隊在鈣鈦礦大面積結晶調控方面已取得重要突破，實現了平米級組件的均勻制備，相關成果發表于《科學》(Science 390,1021-1028(2025)）。然而，當時組件的認證效率僅為17.2%，遠低于高效晶硅組件。究其根源，在于鈣鈦礦薄膜表面缺陷密度高，而傳統銨基鹵化物鈍化材料既難以在大面積上均勻鈍化，又易在空氣環境中受潮分解，鈍化效果大幅衰減。因此開發適用于大面積組件的表面鈍化新策略，已成為鈣鈦礦光伏產業化的關鍵課題。
另辟蹊徑：開發鈣鈦礦“有機鹽上浮技術”
為突破均勻鈍化瓶頸，研究團隊從傳統有機胺鹽表面鈍化機制中獲得啟發——傳統方法依賴于銨基鹵化物與鈣鈦礦表面殘留的PbI2反應，生成低維鈣鈦礦或與PbI2配位結合，從而降低表面缺陷態密度。團隊反其道而行之，提出一個全新思路：若想采用化學性質穩定的鉛鹽作為新型鈍化材料，需預先在鈣鈦礦薄膜表面構建一層富含有機鹽的“反應平臺”。
為此，研究團隊首先系統探究了鈣鈦礦在大面積結晶過程中的表面特性，并系統比較了不同鈣鈦礦原材料在各類溶劑中的溶解度，結果發現，不同原料在同一溶劑中的溶解行為差異顯著。基于這一發現，團隊開發出一種自發的“有機鹽上浮”技術。該技術采用由2-甲氧基乙醇、1,3-二氧戊環和二甲基亞砜按特定比例混合而成的高飽和蒸氣壓溶劑配方，結合真空輔助結晶工藝，可在鈣鈦礦薄膜表面自然形成一層富含碘化甲脒的“保護基底”，為后續鉛鹽鈍化提供了理想的反應界面（圖1）。
圖1 鈣鈦礦薄膜的表面狀態。(a)FAI和PbI2在2-Me、DMF和DMSO中的溶解度，以及這三種溶劑在室溫下的飽和蒸氣壓(SVP)。(b)低SVP和高SVP溶劑體系制備的鈣鈦礦薄膜的TOF-SIMS表面離子面掃圖。(c)鈣鈦礦薄膜的TOF-SIMS深度剖面圖。(d)純FAI以及低-SVP和高-SVP溶劑體系制備的鈣鈦礦薄膜的 I 3d XPS譜圖。(e)低SVP和高SVP溶劑體系制備的鈣鈦礦薄膜的GIWAXS圖譜。
破解大面積鈍化難題：羧酸鉛表面鈍化新策略
在上述碘化甲脒表面富集的鈣鈦礦薄膜基礎上，團隊進一步采用有機鉛鹽進行表面處理。這一方法不僅使鈍化劑在大面積組件上涂布更加均勻，還顯著提升了組件在潮濕、高溫和持續光照環境下的運行穩定性。研究表明，羧酸鉛（LCP）的鈍化機制與傳統銨基鈍化劑截然不同。LCP并非簡單地覆蓋在鈣鈦礦表面，而是通過化學反應與鈣鈦礦形成牢固的化學鍵合，實現了界面能級的良好匹配和更高效的電荷傳輸（圖2）。
圖2 不同類型的鈣鈦礦表面鈍化劑。(a)銨基鹵化物鈍化劑（AHP）與羧酸鉛鈍化劑（LCP）的狹縫涂布工藝示意圖。(b)AHP與LCP處理的商業化光伏組件（1.2 m×0.6 m）的光致發光（PL）面掃圖。(c)水滴在鈣鈦礦薄膜表面的接觸角圖像。(d)AHP與LCP處理的鈣鈦礦薄膜在85°C、環境濕度（30%–50% RH）下熱老化后的XRD圖譜。圖中Low-SVP和High-SVP分別指代溶劑體系DMF:DMSO=9:1（體積比）和2-Me:DOL:DMSO=6:3:1（體積比）；AHP和LCP分別指代EDAI2和Pb(OA)2。
平米級商用組件效率與可靠性雙突破
基于上述技術路線，研究團隊制備了孔徑面積為810 cm2的中試級鈣鈦礦組件，認證效率達到24.0%。同時，團隊進一步制備了0.72 m2（1.2 m×0.6 m）的商業尺寸組件，全面積認證效率達22.0%，穩態輸出功率158.4 W，創下平米級鈣鈦礦組件的最高效率紀錄（圖3）。
圖3 鈣鈦礦太陽能組件的性能表現。(a)有無LCP處理的PSM（孔徑面積810 cm2，每組n=10）的光伏性能統計對比。散點為原始數據；箱線圖展示四分位距，中線為中位數；須線表示5%–95%百分位。(b)最佳性能組件的I-V曲線，插圖為對應曲線的光伏參數。(c)LCP改性PSM（總面積0.72 m2）的光伏性能統計分布。(d)總面積0.72 m2的最佳LCP改性組件的I-V曲線。(e)最佳組件在最大功率點追蹤（MPPT）下超過兩小時的穩定輸出功率曲線。
更令人振奮的是，該組件在可靠性方面取得了重要突破。在85%相對濕度/85°C的濕熱老化測試中，經過1300小時后，采用傳統銨基鈍化劑的組件效率下降了39%，而采用羧酸鉛鈍化策略的組件僅下降2%。在-40°C至85°C的熱循環測試（300次循環）中，羧酸鉛改性組件幾乎無效率損失。組件通過IEC61215/IEC61730全序列可靠性測試，標志著鈣鈦礦光伏組件在商業化應用中邁出了關鍵一步（圖4）。
圖4 平米級光伏組件的可靠性測試。(a)封裝組件在ISOS-D-3濕熱老化協議下的測試結果；(b)封裝組件在ISOS-T-3熱循環老化協議下的測試結果（每種條件下各5塊組件）。(c)封裝組件在模擬AM 1.5G光照、環境濕度30%–50%條件下的最大功率點追蹤（MPPT）曲線，測試期間組件溫度升至60–65°C。(d)經歷ISOS-D-3濕熱老化測試后（條件如圖a所示），鈣鈦礦薄膜的俯視圖（上）與截面圖（下）SEM圖像，所有圖像中標尺均為1 μm。(e)經歷ISOS-D-3濕熱老化測試后（條件如圖a所示），鈣鈦礦薄膜的XRD圖譜。
實證結果：鈣鈦礦光伏電站發電性能超越晶硅
為驗證鈣鈦礦組件在實際運行環境中的表現，研究團隊在同一個大型地面電站內分別安裝了1MW的鈣鈦礦光伏系統和3.5MW的晶硅（TOPCon）光伏系統，開展了為期三個月（2026年3月至5月）的對比監測。監測數據顯示，鈣鈦礦系統在日均單位發電量上持續優于晶硅系統。3月、4月和5月的月度單位發電增益率分別為3.42%、3.79%和5.81%，且隨著氣溫升高和光照增強，鈣鈦礦組件的發電優勢愈發明顯。這一結果充分驗證了鈣鈦礦光伏技術在真實戶外條件下的商業化可行性（圖5）。
圖5 鈣鈦礦與晶硅光伏電站的戶外運行性能對比。(a)MW級鈣鈦礦光伏電站。(b)鈣鈦礦和晶硅光伏電站的月度單位發電量（左）及鈣鈦礦發電增益（右）。
CINNO 公眾號矩陣
更多商務合作，歡迎與小編聯絡！
掃碼請備注：姓名+公司+職位
我是CINNO最強小編, 恭候您多時啦！
CINNO于2012年底創立于上海，是致力于推動國內電子信息與科技產業發展的國內獨立第三方專業產業咨詢服務平臺。公司創辦十四年來，始終圍繞泛半導體產業鏈，在多維度為企業、政府、投資者提供權威而專業的咨詢服務，包括但不限于產業資訊、市場咨詢、盡職調查、項目可研、管理咨詢、投融資等方面，覆蓋企業成長周期各階段核心利益訴求點，在顯示、半導體、消費電子、智能制造及關鍵零組件等細分領域，積累了數百家中國大陸、中國臺灣、日本、韓國、歐美等高科技核心優質企業客戶。
