【复材前沿】钙钛矿光伏组件商业化关键突破登Science

科学背景

钙钛矿太阳能电池凭借高效率、低成本及易规模化生产的优势，被视作新一代光伏技术的核心候选者，但其商业化进程仍受多重关键难题制约。其一，现有高性能钙钛矿薄膜制备多依赖DMF这类有毒溶剂，既存在环境与安全隐患，也阻碍了常温空气环境下的绿色规模化生产，开发安全可持续的溶剂体系迫在眉睫。其二，组件尺寸扩大后，大面积薄膜的均匀性难以保障，狭缝涂布等工业化成膜方法中，基底不同区域（尤其是边缘）的溶剂配位与挥发速率易出现差异，引发晶体缺陷并降低组件有效发电区域的性能，因此需从溶剂化学与萃取动力学角度构建可控稳定的成膜过程。此外，尽管封装和界面工程已有进步，但钙钛矿材料自身的体相缺陷仍是影响长期寿命的重要因素，且当前多数稳定性测试仅基于实验室内部条件，缺乏IEC全序列第三方验证。由此，构建绿色溶剂体系、实现大面积高质量薄膜制备，并获得符合国际标准的长期稳定性，成为推动钙钛矿光伏商业化的核心背景与亟待解决的问题。

创新成果

近期，南京大学现代工程与应用科学学院谭海仁教授、肖科博士与国防科技创新研究院常超教授等研究者在Science发表题为“Improved solvent systems for commercially viable perovskite photovoltaic modules”的论文。该研究构建了由γ-戊内酯、2-甲基四氢呋喃和二甲基亚砜组成的三元溶剂体系，通过优化离子配位与挥发动力学，实现了无空洞、高结晶度钙钛矿薄膜的狭缝涂布，并结合表面活性剂提升边缘成膜一致性，成功制备出面积达7200 cm²、效率17.2%的稳定钙钛矿光伏组件。

图文导读

图1. 使用GVL/DMSO/2-MeTHF混合溶剂体系制备钙钛矿 © 2025 AAAS

图2 钙钛矿膜的表征结果 © 2025 AAAS

图3 商业尺度钙钛矿光伏组件（120 × 60 cm2）的性能表现 © 2025 AAAS

图4 商业化钙钛矿光伏组件的可靠性测试（符合IEC 61215:2021标准） © 2025 AAAS

科学启迪

该成果对推动钙钛矿光伏从实验室走向商业化意义重大，解决了其在绿色制造、大面积成膜均匀性及长期运行可靠性方面的关键瓶颈。通过构建环保溶剂体系并提出边缘溶剂调控策略，研究展示了空气环境下制备高质量大面积钙钛矿薄膜的可行路径，为行业提供了兼顾性能与可持续性的全新制造模式。这一突破将在新型光伏技术、绿色能源材料及规模化涂布工艺等领域产生重要影响，彰显出在未来清洁能源产业链中的广阔应用潜力。

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