再突破！协鑫集成钙钛矿叠层电池研究成果再登顶级期刊《AFM》

2025-12-04 18:40:29

来源: 时代在线

近日，协鑫集成联合苏州大学在空间互补协同策略（SCSS）方面的研究成果，成功发表于材料科学领域顶级期刊《Advanced Functional Materials》（简称AFM）。该成果所研发的钙钛矿/硅叠层太阳能电池，经第三方认证实现32.12%的光电转换效率（PCE），不仅破解了制约钙钛矿叠层电池量产的核心技术瓶颈，更为光伏行业迈向“40%+效率时代”筑牢关键技术根基。

作为国际材料科学与工程领域的旗舰期刊，《Advanced Functional Materials》以严苛评审标准聚焦原创性与应用价值双高的突破性研究，仅收录能推动学科发展或产业变革的优质成果。协鑫集成此次登刊成果，凭借超越传统单一钝化剂的界面设计范式获得全球学术界广泛认可，不仅彰显了协鑫集成在钙钛矿叠层技术领域的学术话语权，更为全球钙钛矿器件界面工程研究提供了创新范式。

从技术背景来看，钙钛矿/硅叠层电池是业界公认的突破单结电池效率天花板的核心路径，但界面复合损失与稳定性不足两大难题，长期阻碍其从实验室走向产业化。现有分子钝化策略存在固有矛盾：小分子阳离子能修复晶格深层缺陷，却缺乏环境防护能力；大分子阳离子可形成表面防护屏障，却无法渗透晶格实现深层钝化，这一矛盾成为制约技术产业化的核心卡点。

针对这一行业痛点，协鑫集成研发团队创新提出SCSS策略，通过设计哌嗪（Pip⁺）与苯乙基铵（PEA⁺）功能互补的分子二元体，构建“深层钝化-表面防护”协同体系，成功化解传统技术矛盾。形象来说，Pip⁺如同“深层修复兵”，凭借紧凑结构深入钙钛矿晶格，精准钝化深层缺陷；PEA⁺则化身“表面防护盾”，在器件表面自组装形成致密疏水冠层，有效抵御湿气、氧气侵蚀，两者协同实现“缺陷修复+环境防护”双重目标。

该策略采用“一步混合溶液应用”的简洁架构，在效率、稳定性、工艺适配性三大核心维度实现关键突破，为产业化转化提供坚实支撑：

效率突破：32.12%认证效率+全参数优化，扫清升级障碍

经上海微系统与信息技术研究所（SIMIT）第三方权威认证，基于SCSS策略的叠层电池实现32.12%的PCE，冠军器件效率更达32.3%。核心性能参数全维度提升：开路电压（V_oc）从1.940V升至1.968V，填充因子（FF）从76.50%提升至78.10%，短路电流密度（J_sc）达21.04mA/cm²。尤为关键的是，器件在350-500nm蓝光波段的外量子效率（EQE）显著提升，表明钙钛矿与电子传输层的界面非辐射复合被有效抑制（减少能量损耗，提升光电转换利用率），为后续向40%+效率突破扫清核心障碍。

稳定性突破：长周期测试达标，筑牢量产基础

稳定性是钙钛矿电池产业化的核心门槛。测试数据显示，该器件在最大功率点跟踪（MPPT）条件下连续1000小时标准太阳光照后，仍保留80.5%的初始效率，远超对比器件500小时仅存80.23%的水平；在65℃、65%相对湿度的湿热环境中测试800小时后，效率留存率达80.3%，显著优于原始器件的67.5%。此外，器件独立认证稳定功率输出效率达31.87%，为量产应用提供了关键可靠性保障。

工艺突破：适配现有产线，降本潜力明确

SCSS策略通过“一步混合溶液涂布工艺”的构建，无需增设复杂工艺步骤，可直接适配现有光伏产线的规模化生产逻辑。同时，器件表面粗糙度优化至Ra=11.1nm，表面接触角达59.32°，实现“电荷传输效率-封装难度”的平衡：既保障电荷高效传输，又降低后续封装工艺复杂度，为进一步降低度电成本（LCOE）筑牢工艺基础。

此次技术突破兼具学术创新与产业应用双重价值。学术层面“功能互补分子二元体”的设计思路，突破了传统单一钝化剂的局限，为钙钛矿界面工程研究提供新方向；产业层面，32.12%的认证效率可显著提升光伏组件单位功率输出能力，直接降低非硅成本投入，进一步巩固光伏能源的成本优势；而稳定性与工艺适配性的突破，将加速钙钛矿叠层电池的产业化落地进程。

随着SCSS策略的持续优化与量产转化推进，光伏行业向“40%+效率时代”迈进将获得更强劲的技术支撑，有望为全球能源转型与“双碳”目标实现提供更高效、可靠、经济的光伏解决方案。