南京大学Science发文！科技创新与产业创新深度融合：南京大学肖科、谭海仁团队破解钙钛矿商业化关键难题！

在“双碳”战略引领下，我国光伏技术创新再迎里程碑进展。近日，南京大学谭海仁教授课题组联合仁烁光能产业化团队，在清洁能源关键核心技术研发中取得重大突破。其研制的平米级商业化钙钛矿光伏组件，不仅实现了绿色环保制备，更在转换效率与产品可靠性方面双双达到世界领先水平，为我国下一代光伏技术的产业化发展奠定了坚实基础。

在绿色制备方面，团队通过采用生物源安全溶剂，创新制备工艺，实现了钙钛矿薄膜的绿色环保制备，从原材料和工艺的源头保障了钙钛矿光伏制造的低碳化与环境友好化。在大面积组件性能方面，继平米级商用钙钛矿组件全面积稳态效率17.2%经美国国家可再生能源实验室（NREL）认证，并被国际权威的《Solar cell efficiency tables》收录为新世界纪录后，近期团队又进一步将同尺寸组件量产效率提升至22%，推动钙钛矿商用组件在发电性上趋近当前主流晶硅组件，展现出该技术路线的强大优势和巨大潜力。在产品可靠性方面，仁烁光能与南京大学团队共同研发的平米级商用钙钛矿组件，已先后通过德国莱茵TÜV IEC61215/61730、美国UL、中国产品质检中心CQC、日本JP-AC的认证或许可，全面达标国内外产品销售标准；仁烁光能和其客户的多个户外运行项目数据均显示，钙钛矿组件户外运行期间功率无衰减，充分证明了南京大学科研团队技术路线的先进性和大规模推广的可行性。北京时间2025年12月5日，该项重大科研成果以《Improved solvent systems for commercially viable perovskite photovoltaic modules》为题，在国际顶级学术期刊《Science》发表。该研究不仅彰显了我国在新能源领域的创新实力，也为全球碳中和目标的实现贡献中国方案。

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。然而，长期以来，该技术在大面积制备时的薄膜质量、环保工艺与长期可靠性，成为制约其从实验室走向产业化的三大瓶颈。团队前期聚焦于1.78 eV宽带隙钙钛矿的绿色环保制备工艺，开展了系统性研究，成功实现了该材料体系的绿色溶剂制备，相关成果已发表于【Nature Energy 10, 318–328 (2025)】。然而，实验发现，DMSO体积分数超过30%时才能完全溶解1.5 eV带隙钙钛矿（FA_0.95Cs_0.05PbI₃），但这种高比例的DMSO不仅抑制了成核过程，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。

破解难题一：创新全绿色溶剂空气中环保制备工艺，实现光伏“绿色制造”

为攻克钙钛矿的绿色溶剂制备难题，研究团队创新性地设计了一种由γ-戊内酯（GVL）、二甲基亚砜（DMSO）和2-甲基四氢呋喃（2-MeTHF）组成的混合绿色溶剂体系，用于制备1.5 eV带隙钙钛矿薄膜。该体系中，源自生物质的2-MeTHF具备安全、低毒和可生物降解等特性，能够提高非钙钛矿相的形成势垒，促进α相钙钛矿形核。同时，2-MeTHF还可减弱钙钛矿与GVL之间的相互作用，从而在真空干燥与退火过程中促进GVL逸出，有效改善空气环境中制备的钙钛矿薄膜的界面接触与结晶质量（图1）。

图1. 采用GVL/DMSO/2-MeTHF混合溶剂体系制备钙钛矿薄膜。(A)狭缝涂布法和VCD工艺大规模制备钙钛矿薄膜的过程。(B)钙钛矿薄膜横截面SEM图像。(C)VCD后的钙钛矿薄膜中间相对比。(D)GVL/2-MeTHF混合液的等压气液平衡图。（E和F）钙钛矿的FTIR光谱(E)和1H核磁共振谱(F)。(G)GVL和2-MeTHF与钙钛矿的配位结构示意图。

破解难题二：首创“溶剂限制边缘保护”策略，攻克大面积均匀成膜难题

面对大面积制备中因溶剂挥发不均导致的“边缘效应”，团队创新性地提出了 “溶剂限制边缘保护（SCEP）”策略，通过在钙钛矿前驱体中引入十四烷基三甲基氯化铵（TAC）添加剂，就如同为薄膜边缘穿上“防护服”，有效均衡了溶剂的挥发速度。从XRD、PL以及THz测试结果可以看出，该策略使得在1.2×0.6 m²的基板上制备出从中心到边缘都非常均匀的高质量钙钛矿薄膜，解决了规模化制造中的核心痛点（图2）。

图2. 钙钛矿薄膜表征。(A)对照组与SCEP钙钛矿墨滴的接触角图像。(B)钙钛矿湿膜溶剂蒸发示意图。（C和D）基于太赫兹(THz)测量的对照组(C)与SCEP(D)钙钛矿薄膜载流子动力学。(E)基于太赫兹分析的对照组与SCEP钙钛矿薄膜迁移率（左）及扩散长度（右）。(F)XRD图谱，(G)稳态光致发光光谱，(H)对照组与SCEP钙钛矿薄膜中心与边缘区域的时间分辨光致发光曲线。

破解难题三：产品通过效率/可靠性国际权威认证，迈出产业化关键一步

基于上述方法，研究团队制备了全面积达0.72 m²（1.2 m×0.6 m） 的商用尺寸组件。该组件在实验室测得的最高效率达18.0%，并经权威光伏检测机构——美国国家可再生能源实验室（NREL）认证，其稳态效率高达17.2%，并被《Solar cell efficiency tables》（Version 65）收录，为当时（2024年）全球已认证的全面积效率最高的商用尺寸钙钛矿组件。近期仁烁光能在规模化量产中取得新突破，其0.72 m²钙钛矿组件经TÜV南德认证，全面积效率进一步提升至22%，输出功率达158.4W，再次刷新商用钙钛矿组件的效率纪录，展现出该技术路线的持续优化能力与广阔应用前景（图3）。

图3. 平米级钙钛矿光伏组件。（A）NREL认证钙钛矿光伏组件稳态效率17.2%（2024年钙钛矿商业组件效率世界纪录）。（B）太阳能电池世界纪录效率表（Version 65）。（C）最新TÜV南德认证效率达22%，再创新的世界纪录效率。

更令人振奋的是，该工艺路线下的组件户外稳定性进步更大。首次参与德国莱茵TÜV认证，仁烁光能0.72 m²（1.2 m×0.6 m） 的商用尺寸组件即全面通过了包括湿热测试、热循环测试、紫外测试等在内的全序列IEC 61215/61730可靠性认证。随后，该组件又先后获得美国UL、中国产品质检中心CQC、日本JP-AC的认证或许可，充分验证该产品已全面达标国内外销售标准（图4）。组件经一年多户外实证结果显示，该工艺路线下的组件运行稳定无衰减（图5）。

图4. 组件可靠性及质量认证。（A）德国莱茵TÜV全序列IEC认证证书。（B）美国UL认证证书。（C）中国质量认证中心产品认证证书。

图5. 仁烁光能MW级钙钛矿组件示范项目及组件发电量同辐照关系

现该技术已由南京大学与合作企业仁烁光能（苏州）有限公司共同提交了专利申请，并在150 MW的中试生产线上成功稳定运行，标志着其顺利突破了从实验室到产业化制造的关键瓶颈，是迈向全面商业化进程中一个重要的里程碑。

南京大学22级博士生王银科，仁烁光能（苏州）有限公司研发总监刘晔博士和技术总监罗昕博士为论文的共同第一作者；军事科学院国防科技创新研究院常超研究员、南京大学功能材料与智能制造研究院肖科助理教授和南京大学现代工程与应用科学学院谭海仁教授为论文的共同通讯作者。本研究工作得到了国家重点研发计划、国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金、中国博士后科学基金、江苏省自然科学基金、关键地球物质循环前沿科学中心“GeoX”等多个项目的资助。

论文链接：  
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adz0091