近日，新能源技术研究院在能源领域顶级期刊Energy & Environmental Science（2025年IF=30.8）上发表标题为“Balancing the supersaturation rate and coordination capability for upscaling high-performance perovskite photovoltaics”的研究成果。新能源技术研究院麦耀华教授和郭飞研究员、德国埃尔朗根-纽伦堡大学邱舒迪博士和Christoph J. Brabec教授为共同通讯作者。

（在线发表的论文截图）

       钙钛矿太阳能电池作为新一代光伏技术，因其制造成本低、光电转换效率高而备受关注。虽然实验室里使用旋涂法制备的小面积电池的效率已接近晶硅太阳能电池，但如何实现高效率电池的规模化制备仍是钙钛矿光伏产业化的一个重要挑战。大面积组件和小面积器件的效率差异主要源自于钙钛矿薄膜沉积时截然不同的结晶动力学，不可控的结晶过程容易造成薄膜中产生大量的微观和宏观结构缺陷。

（图1.钙钛矿薄膜结晶成核与生长动力学原位监测）

      针对这一核心问题，团队通过在广泛使用的N,N-二甲基甲酰胺：二甲基亚砜 (DMF:DMSO)溶剂体系中引入少量N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP），巧妙地平衡了结晶过程中的过饱和速率与溶剂配位能力。研究表明，引入的NMP可以削弱DMSO与碘化铅的强配位能力，促进前驱体湿膜中溶剂的快速解离从而有利于α相成核；与此同时，NMP的高沸点特性延缓了湿膜干燥速率，避免过饱和度过高而导致无序成核和剩余溶剂被困于中间相膜内部。基于该结晶调控策略，最终制备出致密、晶粒大、缺陷少且埋底无孔洞的高质量钙钛矿薄膜；小面积（0.09 cm²）钙钛矿太阳能电池获得25.38% 的光电转换效率，开路电压高达1.19 V；未封装的电池在惰性氛围中运行1000小时后仍保持87% 的初始效率，展现出优异的长期稳定性和运行耐久性。

       为进一步验证结晶调控策略的可扩展性，团队与广东脉络能源科技有限公司合作，制备了面积为21.84 cm²的组件，效率达到了23.22%。该效率为目前已报道的同类型组件中位居前列，显著缩小了实验室电池与大面积组件之间的效率差距。

（图2.钙钛矿太阳电池光伏性能及稳定性）

       简言之，该研究深入揭示了前驱体溶剂对钙钛矿结晶动力学的关键调控机制，阐明了配位竞争与过饱和速率平衡对薄膜成核与生长过程的影响规律。这一工作不仅为钙钛矿薄膜的可控制备提供了科学依据，也为实现钙钛矿光伏从实验室走向规模化制备提供了一种普适性的技术解决方案。

       本研究工作得到了国家自然科学基金、德国科学基金会（DFG）以及国家留学基金委员会（CSC）等多个项目的资助。

图文 彭文君

编辑 吴绚

初审 吴绚

复审 郭飞

 终审 麦耀华