校企协作实现我国柔性钙钛矿光伏电池新突破

记者从南京大学获悉，该校谭海仁教授牵头的研究团队在柔性钙钛矿叠层光伏电池领域取得新突破。团队开发的“气体淬火辅助的原位涂层技术”，大幅缩小柔性钙钛矿光伏电池与刚性钙钛矿光伏电池在光电转化效率上的差距。相关实验室成果正在企业进一步转化、中试。国际学术期刊《自然—光子学》8月22日刊发了论文。

据论文第一作者、南京大学2021级直博生李曼亚介绍，钙钛矿是新一代光伏技术的重点研究方向，相比传统的晶硅材料，具有重量轻、易制备、材质柔软等特点。长期以来，用于制备钙钛矿薄膜的基板以玻璃等刚性材料为主，尽管此类刚性钙钛矿光伏电池的光电转化效率已接近成熟的晶硅光伏电池，但并未充分发挥钙钛矿的柔性优势。

与此同时，以塑料等柔性基板制备的钙钛矿薄膜，存在缺陷较多等问题，光电转化效率难以提升，成为阻碍钙钛矿产业化的“拦路虎”。

“做新工科的基础研究，需要从产业中找问题，再回到产业去解题。”谭海仁2021年创办仁烁光能（苏州）有限公司，将团队积累多年的钙钛矿研究成果进行转化，同年李曼亚加入谭海仁团队，接手柔性钙钛矿课题。

研究人员演示大面积柔性钙钛矿光伏电池的可弯曲程度。（南京大学供图）

李曼亚研究发现，为了修复钙钛矿薄膜制备过程中的缺陷，学术界开发过多种添加剂，但通常做法是将添加剂提前混入钙钛矿溶液中。“问题就在这里，添加剂是用来修复缺陷的，应当在缺陷出现以后再用。”

这名天津姑娘用摊煎饼的过程打了个形象的比方——钙钛矿溶液就像面糊，摊到“鏊子”上以后，溶液在高温作用下蒸发，钙钛矿结晶，晶体不断生长，缺陷随之产生，导致钙钛矿薄膜和煎饼一样出现裂纹甚至孔洞。

李曼亚尝试先放钙钛矿溶液，在气体淬火条件下，趁钙钛矿薄膜表面仍湿润时放添加剂，实现精准修复缺陷的目的，改善薄膜平整度相关实验2023年在南京大学仙林校区的实验室顺利完成。

然而，要制造出面积更大的柔性钙钛矿光伏电池，还不能简单套用实验室工艺。基板平整度、涂层速度、气体流量的微小波动，都会干扰薄膜成品质量。于是，2023年南京大学与仁烁光能共建“钙钛矿光伏校企联合实验室”，双方互派人员、联合办公，每日会商总结。

谭海仁告诉记者，这两年，他和李曼亚等团队师生经常往返于南京和苏州，到企业车间测试工艺，发现问题以后，再回高校实验室，探索解决方案。

今年，校企联合团队成功将原位涂层技术转移到工业级狭缝涂布设备上，实现宽带隙钙钛矿薄膜在800多平方厘米的柔性基板上一次成型。

谭海仁表示，下一步团队将继续深化“基础研究突破-中试放大-产业转化”的校企协作模式，尝试生产面积更大、光电转化效率更高的柔性钙钛矿光伏电池，推动该技术加快成熟，早日迈入市场。