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热蒸发铺就钙钛矿光伏器件“高速路” |
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| 更新时间：2025-11-07 来源： |
想象一下，未来为衣食住行供电的太阳能电池板，其核心吸光材料像给芯片镀金一样，在真空环境中“蒸”上去，全程无毒无害，且效率极高、寿命很长。这并非科幻，而是南京工业大学科研团队在钙钛矿光伏器件制备上取得的突破性进展。
该校科研团队采用全真空热蒸发技术，制备的小面积器件光电转换效率高达25.19%，已逼近当前主流技术26%的顶尖水平，且该器件在持续工作超过1000小时后，性能依然保持在95%以上。同时，此方法制备的大面积电池(1平方厘米)效率也达到23.38%，展现出巨大的产业化潜力。近日，该成果以“基于反向逐层沉积的完全热蒸发钙钛矿太阳能电池”为题发表于《自然·光子学》。
告别“有毒溶液” 迎来“绿色镀膜”
为何这项技术如此受关注?这要从当前实验室主流的光电转化制备方法说起。
“目前实验室里最常用的光电转化制备方法是溶液法，如旋涂、涂布等。”论文第一作者徐雨田博士生解释道，“在溶液制备过程中会使用到N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)等有毒溶剂，这对健康和环境不友好，也阻碍了大规模生产。”
而研发团队采用的全真空热蒸发技术，则像在真空罐里“蒸镀”薄膜。它将原材料加热，使其以分子或原子的形式“飞”到基板上，均匀凝结成膜。这种方法全程无溶剂，工艺控制精准，膜层均匀致密，被认为是将高性能钙钛矿光伏器件从实验室推向生产线的“理想工艺”。
“反向操作”破难题 效率与稳定性兼得
然而，此前“热蒸发”法制备的电池效率一直徘徊在20%左右，是个难以逾越的瓶颈。
“问题的关键在于，传统的材料体系和蒸发顺序难以形成高质量的钙钛矿结晶薄膜。”论文通讯作者陈永华教授说。为此，研发团队匠心独运地提出了一种“反向逐层”沉积策略。
据介绍，传统做法往往是先铺金属卤化物“砖块”，再浇甲脒氢碘酸盐“水泥”;而他们的新方法则是反其道而行之，先沉积“水泥”，再沉积“砖块”。这种巧妙的顺序，结合一种自组装分子的“黏合剂”作用，在后续退火时能极大促进固态原料之间的相互反应和扩散，最终“生长”出高质量、结构完美的钙钛矿晶体薄膜。
正是凭借这一“妙手”，研发团队不仅攻克了效率瓶颈，将小面积电池效率提升至25.19%，更实现了优异的工作稳定性，为产业化应用扫除了一大障碍。
产业化前景广阔 为光伏技术铺路
中国科学研究院院士黄维总结了此研究的亮点：高效率、高稳定性、大面积制备性能优异。这三者结合，勾勒出该技术广阔的产业化前景。
钙钛矿太阳能电池被誉为新一代光伏技术的希望，因其成本更低、更轻薄、可柔性化而备受瞩目。该研究为其规模化生产找到了一条更绿色、更可控的“高速公路”。它不仅刷新了全真空热蒸发技术的世界纪录，更通过深入的理论研究，为未来进一步优化工艺、制造更大面积高效、稳定、环境友好的钙钛矿光伏器件的大规模制造提供了科学基础。
作者：杨芳 来源：中国化工报 2025年11月07日
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