北理工团队在全印刷钙钛矿模组研究中取得重要进展

近日，北京理工大学材料学院白阳副教授和北京航空航天大学陈海宁教授，北京大学杨世和教授团队合作在《Nature Photonics》发表研究成果，题为“Vapour-assisted surface treatment for highly stable fully printed carbon-electrode perovskite solar modules”。

钙钛矿太阳能电池模组的运行稳定性通常低于小尺寸器件，是其实际应用面临的主要挑战。可印刷碳电极因具备高稳定性和低成本优势，被认为是提升全印刷钙钛矿电池模组稳定性的理想途径。研究利用体积小、沸点低分子，开发了一种可放大的蒸汽后处理工艺，有效减少了非辐射复合损失，并促进了电荷的传输与提取。通过这种方法制备出的全印刷的碳电极钙钛矿太阳模组（效面积约为50 cm2），光电转换效率达到20.41%。同时，该策略显著提升了模组的稳定性，为碳电极钙钛矿太阳能模组的商业化放大奠定了基础。

研究首先发现传统碳电极钙钛矿模组空穴传输性能低导致的填充因子偏低、效率受限。为此，提出了通过引入碳纳米管/P3HT的混合传输层，增强电荷传输并显著提升器件性能，并开发了全印刷碳电极钙钛矿太阳能模组的制备工艺。

进一步，研究提出了一种基于含氟苯硫醇分子的蒸汽辅助钝化策略。通过S–Pb配位和F–H氢键作用，有效修复表面缺陷、抑制离子迁移，显著提升了材料的稳定性与载流子传输性能。

研究重点评估了蒸汽辅助钝化对碳电极钙钛矿模组性能的影响。处理后的模组实现了20.41%的光电转换效率，显著优于未处理器件。稳定性方面，未经封装的模组在85 °C氮气环境下老化4800 h仍保持85%初始效率，在1 sun连续光照下持续输出1020 h性能几乎无衰减，且在85 °C/85%湿热环境下老化2280 h后仍保持84%效率，展现出优异的热光稳定性与应用潜力。

本研究提出了一种可规模化的蒸汽辅助处理策略，实现了高稳定性、高效率的全印刷碳电极钙钛矿光伏模组。该方法工艺简便、兼容性强，适用于大面积制备与工业化生产，显著提升了模组在长期运行与恶劣环境下的可靠性。研究成果为钙钛矿光伏模组的低成本制造、商业化应用和清洁能源技术的可持续发展提供了新的技术路径与实践基础。