▲第一作者：Binlou Gao
通讯作者：Licheng Tan，Yiwang Chen
通讯单位：南昌大学
DOI：10.1126/science.aef1969
钙钛矿太阳能电池（PSCs）因其优异的光电性能和低成本的溶液加工性，在光伏领域展现出巨大的商业化潜力。然而，实现商业化必然要求在环境条件下可扩展地沉积均匀的钙钛矿薄膜。甲脒铅碘（FAPbI3）的亚稳态α相在环境湿度下容易发生空间异质性降解，导致长时间涂覆过程中薄膜出现方向性不均匀，严重制约了大面积器件的效率和稳定性。现有策略主要依赖惰性气氛保护和快速反溶剂萃取来抑制降解，但这些方法难以兼容大面积刮涂工艺，且在环境条件下均一性控制效果有限。在环境条件下实现钙钛矿薄膜的时空均匀结晶与长期稳定性之间存在着根本性的矛盾。
本文提出了一种"相锁定"（phase-locking）策略，通过添加3-脲基丙基三甲氧基硅烷（UPTMS），在大面积印刷过程中建立动态演变的、缓冲湿度的晶间网络，实现了α相FAPbI3的时空均匀结晶。刮涂制备的小面积PSCs功率转换效率（PCE）达到26.7%（认证效率26.1%），刚性100 cm²模块效率为21.5%，柔性100 cm²模块效率为19.5%。封装器件在85°C环境空气最大功点追踪（MPPT）1500小时后保留了超过90%的初始PCE。
亮点1：相锁定策略建立湿度缓冲晶间网络，消除方向性不均匀
UPTMS分子在刮涂过程中于晶粒间形成动态演变的网络结构，通过其脲基和硅烷醇基团的吸湿/缓释特性，在晶界处建立局部湿度缓冲微环境。该网络有效阻止了环境湿气对亚稳态α相FAPbI3的侵入，消除了长时间涂覆过程中由于空间异质性降解导致的定向不均匀，使大面积薄膜的结晶在空间和时间维度上实现均匀化。
亮点2：小面积器件效率26.7%，大面积模块效率突破21.5%
在环境条件下刮涂制备的小面积PSCs实现了26.7%的PCE（认证26.1%），刚性100 cm²模块效率达21.5%，柔性100 cm²模块效率达19.5%。改善的形态均匀性减轻了局部降解，抑制了自放大的老化路径，使大面积器件效率与小面积器件之间的差距大幅缩小。
亮点3：85°C湿热1500小时保持90%以上初始效率，稳定性满足产业化要求
封装器件在85°C环境空气MPPT条件下运行1500小时后保留了超过90%的初始PCE，在85°C湿热（damp-heat）测试中2300小时后同样保持90%以上效率。时空均匀结晶策略从根源上抑制了局部缺陷驱动的降解通道，使器件在严苛环境条件下的长期运行稳定性达到了商业化应用门槛。
图1 | 相锁定策略机制与FAPbI3薄膜均匀结晶过程
图2 | 钙钛矿薄膜的结晶质量与均匀性表征
图3 | 小面积PSCs的器件性能
图4 | 大面积模块性能与稳定性测试
本研究通过"相锁定"策略，利用UPTMS添加剂在大面积刮涂过程中建立动态演变的湿度缓冲晶间网络，实现了环境条件下α相FAPbI3的时空均匀结晶。该策略从根源上消除了亚稳态钙钛矿在环境涂覆中的空间异质性降解和方向性不均匀，使小面积器件效率达到26.7%（认证26.1%），刚性100 cm²模块效率达21.5%，柔性模块达19.5%，且封装器件在85°C严苛条件下经1500小时以上测试仍保持90%以上初始效率。这一成果在效率、面积和稳定性三个维度上同时取得突破，为钙钛矿光伏的环境可扩展制备提供了新范式。
该相锁定策略的核心理念——通过晶间网络动态调控局部环境——有望拓展至其他亚稳态钙钛矿体系（如混合阳离子/阴离子组合）和多种涂覆工艺（如狭缝涂布、喷墨打印），为卷对卷连续制备提供工艺基础；在机制层面，晶间网络的动态演变过程及其与钙钛矿结晶动力学的耦合机制值得进一步的原位表征和理论建模；在产业化层面，100 cm²级模块效率已突破20%门槛，后续需进一步验证平方米级组件的均匀性和封装可靠性，并与透明电极、界面修饰等技术协同优化，推动钙钛矿光伏从实验室走向规模化量产。
文章信息：Binlou Gao et al., Science 393, 287-293 (2026). DOI: 10.1126/science.aef1969
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