近日，暨南大学新能源技术研究院麦耀华教授、刘冲副研究员和曹昉副研究员联合厦门大学、广东脉络能源科技有限公司、清华大学等单位完成的研究成果“Prussian blue regulates ion dynamics in perovskite solar cells”发表于国际学术期刊《Science》。

研究团队将具有刚性开放骨架和氧化还原活性的普鲁士蓝纳米颗粒引入钙钛矿吸光层，使其在薄膜形成和器件运行两个阶段持续发挥作用，协同调控结晶过程、缺陷演化和离子迁移。基于该策略，研究团队制备的6 cm × 6 cm正置结构组件效率达到23.4%；30 cm × 30 cm倒置结构组件在756 cm²孔径面积上获得22.9%的认证效率。研究还通过连续光照、多温度加速老化和约151天户外实证测试，对器件及组件的运行稳定性进行了评价。

从结晶调控延伸到运行稳定的材料调控框架

钙钛矿光伏组件的规模化发展既受到面积放大和制备一致性的制约，也面临运行过程中离子迁移与局部性能衰减等问题。薄膜制备与器件运行并非彼此独立：结晶过程中形成的晶格无序、残余应变和元素缺陷，可能在光、热和电场作用下继续演化，进而影响器件的长期性能。

针对这一问题，研究团队尝试构建一种能够贯穿薄膜形成与器件运行过程的材料调控框架。在成膜过程中，普鲁士蓝与钙钛矿相近的晶格特征使其能够作为异相成核模板，降低成核能垒，调节中间相转化和晶体生长，促进形成取向性更高、残余应变更低的钙钛矿薄膜。在器件运行过程中，普鲁士蓝中的Fe²⁺/Fe³⁺氧化还原中心可介导Pb⁰和I⁰缺陷转化；其刚性开放框架则能够限制A位阳离子的长程重新分布。原位ToF-SIMS和KPFM结果进一步表明，普鲁士蓝处理后的薄膜在偏压下具有更小的离子位移和更稳定的表面电势。

从小面积器件到30 cm × 30 cm组件的尺寸拓展

基于这一材料策略，研究团队在正置和倒置结构太阳电池中分别实现了26.1%和26.9%的效率，其中倒置结构器件认证效率为26.2%。面积放大至6 cm × 6 cm的正置结构组件达到23.4%的效率和81.6%的填充因子；30 cm × 30 cm倒置结构组件在756 cm²孔径面积上获得22.9%的认证效率，填充因子为80.5%，对应稳态输出效率为22.8%。偏压电致发光成像显示，普鲁士蓝处理后的组件具有更加均匀的发光分布，表明其能够减轻大面积薄膜中的局部复合不均匀性，为降低组件放大损失提供支撑。

组件多维度耐久性检验

组件能否在持续光照、湿热和昼夜环境变化中稳定运行，是实现商业化应用的关键。在实验室加速测试中，组件经受85°C、85%相对湿度的湿热老化2500小时后，仍保持初始效率的90%以上；在高温、连续光照和最大功率点跟踪条件下运行2200小时后，效率保持率超过80%。进一步开展的多温度加速老化表明，组件衰减速率在测试范围内符合Arrhenius关系，据此外推35°C连续运行条件下的T₈₀约为(6.2 ±1.0) × 10⁴小时。

此外，团队还在珠海亚热带沿海环境开展了151天户外实证测试。经历从晚冬到盛夏的温度、湿度和辐照变化后，以同期商业硅电池为参照进行归一化后，钙钛矿组件与硅参照的效率比值保持接近1，未显示出明显的下降趋势。

暨南大学：让材料机制接受组件与真实环境检验

依托广东脉络能源科技有限公司规模化生产相关技术支撑，暨南大学新能源技术研究院麦耀华教授团队持续引领不同钙钛矿技术的发展，今年来，在Nature Energy，Nature Synthesis等权威期刊持续报道攻克大面积柔性钙钛矿组件，两端钙钛矿/硅叠层太阳电池等领域技术难题，推动光伏技术实用化进程。

本篇Science报道将钙钛矿稳定性研究从单一缺陷钝化拓展至材料形成与运行过程的协同调控，为高效、稳定和可扩展钙钛矿光伏提供了新的思路，也体现了产学研协同在推动材料机制走向组件验证中的作用。

论文题目：Prussian blue regulates ion dynamics in perovskite solar cells

论文链接：https://doi.org/10.1126/science.aef5487

作者与团队信息

论文共同第一作者为曹昉、马梦恩、周俊杰和程方闻；共同通讯作者为刘冲、易陈谊、麦耀华、吴炳辉和郑南峰。暨南大学曹昉副研究员，博士毕业生马梦恩博士为共同第一作者，刘冲副研究员、麦耀华教授为共同通讯作者。

本研究得到中央高校基本科研业务费专项资金（21626329）、中国博士后科学基金博士后资助项目（GZC20260436）以及广东省基础与应用基础研究基金（2022B1515120006）的资助。

  图文｜曹  昉

编辑｜吴  绚

 初审｜吴  绚

 复审｜刘  冲

   终审｜麦耀华